KR101775068B1 - Directional flat illuminators - Google Patents
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Abstract
국소화된 광원으로부터 대면적 평행화된 조명을 제공하는 광학 밸브 또는 광 밸브, 및 2D, 3D 및/또는 무안경 입체 디스플레이에 대한 그 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 광학 밸브는 계단형 구조물(stepped structure)을 포함할 수 있고, 여기서 계단은 제1 방향으로 전파하는 광에 대해 광학적으로 은폐될 수 있는 분리된 추출 특징부를 포함한다. 제2 방향으로 전파하는 광은, 광학 밸브의 상부 표면으로부터 빠져 나가는 조명 빔을 제공하기 위해, 특징부에 의해 굴절, 회절 또는 반사될 수 있다. 이러한 제어된 조명은 효율적인 다중 사용자 무안경 입체 디스플레이는 물론, 향상된 2D 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.Optical valves or light valves, and systems and methods for 2D, 3D and / or no-spectacle stereoscopic displays that provide large-area collimated illumination from localized light sources are disclosed. The optical valve may include a stepped structure, wherein the step includes a separate extraction feature that is optically concealable with respect to light propagating in the first direction. The light propagating in the second direction may be refracted, diffracted or reflected by the feature to provide an illumination beam exiting the top surface of the optical valve. Such controlled illumination can provide enhanced multi-user no-eye stereoscopic display as well as enhanced 2D display functionality.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 광 변조 장치의 조명에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2D, 3D 및/또는 무안경 입체 디스플레이 장치에서 사용하기 위한 국소화된 광원으로부터 대면적 지향된 조명을 제공하는 도광체(light guide)에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to illumination of light modulating devices and more particularly to a light modulating device that provides large area directed illumination from a localized light source for use in 2D, 3D and / guide.
공간 다중화된 무안경 입체 디스플레이(spatially multiplexed autostereoscopic display)는 통상적으로 렌티큘러 스크린(lenticular screen) 또는 시차 장벽(parallax barrier) 등의 시차 구성요소(parallax component)를 공간 광 변조기 상의 제1 및 제2 픽셀 세트로서 배열된 영상 어레이와 정렬시킨다. 시차 구성요소는, 디스플레이의 전방에 있는 제1 및 제2 시청 창(viewing window)을 제공하기 위해, 각각의 픽셀 세트로부터의 광을 상이한 각자의 방향으로 지향시킨다. 눈을 제1 시청 창에 두고 있는 관찰자는 제1 픽셀 세트로부터의 광으로 제1 영상을 볼 수 있고, 눈을 제2 시청 창에 두고 있는 관찰자는 제2 픽셀 세트로부터의 광으로 제2 영상을 볼 수 있다.Spatially multiplexed autostereoscopic displays are typically used to provide a parallax component, such as a lenticular screen or a parallax barrier, to a first and a second set of pixels Lt; RTI ID = 0.0 > array. ≪ / RTI > The parallax component directs light from each pixel set in a different direction of each to provide a first and a second viewing window in front of the display. An observer with the eye in the first viewing window can view the first image with light from the first set of pixels and an observer with the eye in the second viewing window can view the second image with light from the second set of pixels can see.
이들 디스플레이는 공간 광 변조기의 기본 해상도에 비해 감소된 공간 해상도를 가지며, 또한 시청 창의 구조는 픽셀 개구 형상 및 시차 구성요소 결상 기능에 의해 결정된다. 예를 들어, 전극들에 대한 픽셀들 사이의 간극은 통상적으로 불균일한 시청 창을 생성한다. 바람직하지 않게는, 이러한 디스플레이는, 관찰자가 디스플레이에 대해 측방으로 이동할 때, 영상 플리커를 나타니며, 따라서 디스플레이의 시청 자유도(viewing freedom)를 제한한다. 이러한 플리커는 광학 요소를 초점 이탈(defocusing)시킴으로써 감소될 수 있지만, 이러한 초점 이탈은 영상 크로스토크 레벨을 증가시키고 관찰자의 눈의 긴장도(visual strain)를 증가시킨다. 이러한 플리커는 픽셀 개구의 형상을 조절함으로써 감소될 수 있지만, 이러한 변화는 디스플레이 밝기를 감소시킬 수 있고, 공간 광 변조기에 어드레싱 전자 회로를 포함시킬 수 있다.These displays have a reduced spatial resolution relative to the native resolution of the spatial light modulator, and the structure of the viewing window is also determined by the pixel aperture shape and the parallax component imaging function. For example, gaps between pixels for electrodes typically create a non-uniform viewing window. Undesirably, such a display exhibits an image flicker when the observer moves sideways relative to the display, thus limiting the viewing freedom of the display. This flicker can be reduced by defocusing the optical element, but such defocusing increases the image crosstalk level and increases the visual strain of the observer's eye. This flicker can be reduced by adjusting the shape of the pixel opening, but this change can reduce display brightness and include addressing electronics in the spatial light modulator.
본 개시 내용에 따르면, 광학 밸브(optical valve)를 이용하여 광을 안내하는 방법은 광선이 광학 밸브를 통해 제1 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있고, 광은 제1 방향에서 실질적으로 낮은 손실로 전파할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브는 광선이 광학 밸브의 단부 표면과 상호작용할 수 있게 해줄 수 있고, 또한 광선이 광학 밸브를 통해 제2 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있으며, 제2 방향으로 전파하고 있는 동안, 광선의 적어도 일부는 적어도 하나의 추출 특징부와 만날 수 있고 광학 밸브로부터 추출될 수 있다.According to the present disclosure, a method of guiding light using an optical valve may allow a light beam to propagate through the optical valve in a first direction, wherein the light is transmitted through the optical valve in a substantially low loss It can propagate. In addition, the optical valve can allow light rays to interact with the end surface of the optical valve, and also allows the light beam to propagate through the optical valve in the second direction, while propagating in the second direction , At least a portion of the light beam can meet the at least one extraction feature and be extracted from the optical valve.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광을 안내하는 광 밸브(light valve)는 제1 광 안내 표면 - 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면임 -, 및 제1 광 안내 표면과 대향하고 있을 수 있는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는, 각각, 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있으며, 복수의 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, a light valve for guiding light comprises a first light guiding surface, the first light guiding surface being substantially planar, and a second light guiding surface, A second light guiding surface, and may further include a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The extracting feature and the guiding feature may each be connected to one another and may alternate with each other and the plurality of extracting features may be arranged such that when the light is propagating in the first direction, And when light is propagating in the second direction, the light can be reflected and allowed to exit the light valve.
본 개시 내용의 또 다른 측면에 따르면, 광학 밸브 시스템은 적어도 광학 밸브의 제1 단부에 결합되어 동작하는 복수의 조명 요소를 포함할 수 있고, 여기서 광학 밸브는 실질적으로 평면일 수 있는 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 제2 광 안내 표면을 추가로 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있다. 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, an optical valve system may include a plurality of illumination elements operatively associated with at least a first end of an optical valve, wherein the optical valve includes a first light guide Surface. The optical valve may further include a second light guiding surface facing the first light guiding surface, and may include a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The extraction feature and the guide feature may be connected to each other and alternate with each other. The extraction feature may allow the light to pass through with a substantially lower loss when the light is propagating in the first direction and the light is reflected and exits the light valve when the light is propagating in the second direction You can do it.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 단부에 위치해 있을 수 있는 입력 측면(input side), 광학 밸브의 제2 단부에 위치해 있을 수 있는 반사 측면(reflective side), 및 광학 밸브의 입력 측면과 반사 측면 사이에 위치해 있을 수 있는 제1 광 지향 측면(light directing side) 및 제2 광 지향 측면을 포함할 수 있다. 제2 광 지향 측면은 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 안내 특징부는 각자의 추출 특징부를 연결시킬 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, an optical valve includes an input side that may be located at a first end of the optical valve, a reflective side that may be located at a second end of the optical valve, A first light directing side and a second light directing side that may be located between the input side and the reflective side of the valve. The second light directing side may comprise a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The plurality of guide features can connect the respective extraction features.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 방향성 디스플레이 시스템은 광학 밸브에 광선을 제공할 수 있는 조명기 어레이(illuminator array)를 포함할 수 있다. 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 여기서 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면일 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 광학 밸브의 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 추출 특징부는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영역의 추출 특징부는 각자의 배향을 가질 수 있음으로써, 제1 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창으로 지향될 수 있고 제2 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창과 상이한 제2 시청 창으로 지향될 수 있도록 되어 있다.According to another aspect of the present disclosure, a directional display system can include an illuminator array capable of providing a light beam to an optical valve. The optical valve may comprise a first light guiding surface of the optical valve, wherein the first light guiding surface may be substantially planar. The optical valve may also include a second light guiding surface of the optical valve facing the first light guiding surface, and may include a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The plurality of extracting features may include a first region and a second region. The extraction features of the first and second regions may have their respective orientations so that at least a portion of the light rays from the first illuminator can be directed to a first viewing window outside the optical valve, At least a portion of which can be directed to a second viewing window that is different from the first viewing window outside the optical valve.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)는 광학 밸브, 광학 밸브에 광을 제공할 수 있는 조명 요소의 어레이, 광학 밸브의 시청 창에 근접해 있는 관찰자를 검출하는 센서, 및 조명 요소의 어레이에 대한 설정을 결정하는 조명 제어기를 포함할 수 있고, 여기서 설정은 제1 시청 창에 대응할 수 있는 제1 조명기 요소 세트에 대한 제1 조명 단계를 결정할 수 있고, 설정은 제2 시청 창에 대응할 수 있는 제2 조명기 요소 세트에 대한 제2 조명 단계를 결정할 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, an observer tracking autostereoscopic display comprises an optical valve, an array of illumination elements capable of providing light to the optical valve, an observer proximate to the viewing window of the optical valve, And a lighting controller for determining a setting for the array of lighting elements, wherein the setting can determine a first lighting stage for a first set of illuminator elements that can correspond to a first viewing window, May determine a second illumination step for a second set of illuminator elements that may correspond to a second viewing window.
일반적으로, 광 밸브 또는 광학 밸브는 국소화된 광원으로부터 대면적 조명을 제공할 수 있다. 광 밸브 및 광학 밸브라는 용어는 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 광학 밸브는, 한 예에서, 도파관(waveguide)일 수 있고, 계단형 구조물(stepped structure)을 포함할 수 있으며, 여기서 계단은 제1 방향으로 전파하고 있을 수 있는 안내된 광에 대해 효과적으로 광학적으로 은폐될 수 있는 추출 특징부일 수 있다. 제2 방향으로 전파하고 있을 수 있는 돌아오는 광은, 광학 밸브의 상부 표면으로부터 빠져 나갈 수 있는 조명을 제공하기 위해, 추출 특징부에 의해 굴절, 회절 및/또는 반사될 수 있다. 이러한 제어된 조명은 효율적인 다중 사용자 무안경 입체 디스플레이는 물론, 향상된 2D 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.In general, a light valve or an optical valve can provide large area illumination from a localized light source. The terms light valve and optical valve may be used interchangeably herein. The optical valve, in one example, may be a waveguide and may include a stepped structure, wherein the step is configured to effectively optically conceal the guided light, which may be propagating in the first direction Can be extracted. The returning light, which may be propagating in the second direction, may be refracted, diffracted, and / or reflected by the extracting feature to provide illumination that can escape from the top surface of the optical valve. Such controlled illumination can provide enhanced multi-user no-eye stereoscopic display as well as enhanced 2D display functionality.
본 개시 내용의 이들 및 기타 이점 및 특징은, 본 개시 내용을 전체적으로 읽어보면, 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.These and other advantages and features of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art upon a reading of this disclosure in its entirety.
유사한 참조 번호가 유사한 부분을 나타내고 있는 첨부 도면에 예로서 실시예가 예시되어 있다.
도 1a는 종래의 도파관 백라이트 조명기의 상면도를 나타낸 개략도.
도 1b는 도 1a의 종래의 도파관 백라이트 조명기의 측면도를 나타낸 개략도.
도 2a는 공지된 무안경 입체 디스플레이의 상면도를 나타낸 개략도.
도 2b는 도 2a의 무안경 입체 디스플레이의 측면도를 나타낸 개략도.
도 3a는 공지된 쐐기형 도파관 구조물(wedge waveguide structure)의 상면도를 나타낸 개략도.
도 3b는 도 3a의 쐐기형 도파관 구조물의 측면도를 나타낸 개략도.
도 4a는 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브의 상면도를 나타낸 개략도.
도 4b는 본 개시 내용에 따른, 도 5a의 광학 밸브 구조물의 측면도를 나타낸 개략도.
도 5a는 본 개시 내용에 따른, yz 평면에서의 지향된 출력을 나타내는 광학 밸브 구조물의 상면도를 나타낸 개략도.
도 5b는 본 개시 내용에 따른, 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제1 측면도를 나타낸 개략도.
도 5c는 본 개시 내용에 따른, 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제2 측면도를 나타낸 개략도.
도 6은 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브를 단면도로 나타낸 개략도.
도 7a는 본 개시 내용에 따른, 제1 조명 요소에 의해 조명될 수 있고 곡면 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도.
도 7b는 본 개시 내용에 따른, 제2 조명 요소에 의해 조명될 수 있는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도.
도 7c는 본 개시 내용에 따른, 선형 광 추출 특징부를 포함할 수 있는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도.
도 8은 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브를 사용하는 무안경 입체 디스플레이 장치를 나타낸 개략도.
도 9는 본 개시 내용에 따른, 평면 반사 측면(planar reflective side)을 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 10a는 본 개시 내용에 따른, 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 10b는 본 개시 내용에 따른, 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 10c는 본 개시 내용에 따른, 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 추가의 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 11은 본 개시 내용에 따른, 프레넬 등가 반사 표면(Fresnel equivalent reflecting surface)을 갖는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 12는 본 개시 내용에 따른, 수직 확산기(vertical diffuser)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 13은 본 개시 내용에 따른, 무안경 입체 디스플레이를 단면도로 나타낸 개략도.
도 14는 본 개시 내용에 따른, 분리된 가늘고 긴 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 15는 본 개시 내용에 따른, 가변 기울기 및 높이를 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16a는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 다수의 반사면(reflecting facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16b는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 볼록면(convex facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16c는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 볼록면 및 오목면(concave facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16d는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 요철면(irregular facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16e는 본 개시 내용에 따른, 결상 방향으로 제한된 산란을 제공하도록 배열된 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 17은 본 개시 내용에 따른, 가변 측방 두께 광학 밸브의 개요를 나타낸 개략도.
도 18은 본 개시 내용에 따른, 모아레 패턴의 감소를 제공하도록 배열되어 있는 복수의 분리된 광 추출 특징부를 갖는 광학 밸브를 포함하는 방향성 디스플레이의 평면도를 나타낸 개략도.
도 19는 본 개시 내용에 따른, 반사 측면에 대한 옵션을 나타낸 개략도.
도 20은 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브에서의 광선 경로를 나타낸 개략도.
도 21은 본 개시 내용에 따른, 제1 광 지향 측면과 제2 광 지향 측면의 안내 특징부 사이에 추가의 틸트를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 22는 본 개시 내용에 따른, 실질적으로 평행한 측면을 갖는(substantially parallel sided) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도.
도 23은 본 개시 내용에 따른, 테이퍼져 있는(tapered) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도.
도 24는 본 개시 내용에 따른, 광 추출이 광학 밸브의 광 추출 특징부에서의 굴절에 의해 달성될 수 있는 무안경 입체 디스플레이를 나타낸 개략도.
도 25는 본 개시 내용에 따른, 공기 캐비티(air cavity)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 26a는 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브 구조물의 상면도를 나타낸 개략도.
도 26b는 본 개시 내용에 따른, 도 26a의 광학 밸브 구조물의 측면도를 나타낸 개략도.
도 27은 본 개시 내용에 따른, 상이한 x 오프셋에 대한 추출 특징 곡선을 나타낸 그래프.
도 28은 본 개시 내용에 따른, 추출 특징부의 반사면의 z-축으로부터의 틸트각을 특징부를 따른 y-위치의 함수로서 나타낸 그래프.
도 29는 본 개시 내용에 따른, 평면 단부 표면으로부터의 발산 광 전파(divergent light propagation)를 나타낸 도면.
도 30a는 본 개시 내용에 따른, 평면 상부 표면을 갖는 발산 광학 밸브(divergent optical valve)에 대한 추출기 곡선(extractor curve) 및 면각(facet angle)을 나타낸 그래프.
도 30b는 본 개시 내용에 따른, 평면 상부 표면을 갖는 발산 광학 밸브에 대한 추출기 곡선 및 면각을 나타낸 그래프.
도 31은 본 개시 내용에 따른, 좌안 및 우안 영상이 어떻게 제1 및 제2 조명 광원과 각각 동기하여 디스플레이되는지를 나타낸 입체 디스플레이 실시예의 개략도.
도 32는 본 개시 내용에 따른, 영상이 어떻게 다른 사람에게는 제시되지 않으면서 사용자에게 선택적으로 제시될 수 있는지를 나타낸 디스플레이 실시예의 개략도.
도 33은 본 개시 내용에 따른, 온보드 장치에 의해 검출되는 장치 및 머리 또는 눈 위치가 어떻게 무안경 입체 디스플레이 상에 좌안 및 우안 영상을 디스플레이하는 것을 실질적으로 자동으로 동기화하는 제어 시스템에 입력을 제공할 수 있는지를 나타낸 개략도.
도 34는 본 개시 내용에 따른, 눈의 위치를 찾아내고 그로써 좌안 및 우안 뷰에 대한 조명 LED를 동기화시키기 위해 검출기를 사용하여 다중 시청자 입체 시청(multiple viewer stereoscopic viewing)이 어떻게 제공될 수 있는지를 나타낸 개략도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments are illustrated by way of example in the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate like parts.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a schematic top view of a conventional waveguide backlight illuminator. FIG.
1B is a schematic view showing a side view of a conventional waveguide backlit illuminator of FIG. 1A;
Figure 2a is a schematic view showing a top view of a known non-ocular stereoscopic display;
Fig. 2b is a schematic view showing a side view of the non-ocular stereoscopic display of Fig. 2a. Fig.
Figure 3a is a schematic top view of a known wedge waveguide structure.
Figure 3b is a schematic view showing a side view of the wedge-shaped waveguide structure of Figure 3a.
4A is a schematic diagram showing a top view of an optical valve according to the present disclosure;
Figure 4b is a schematic diagram illustrating a side view of the optical valve structure of Figure 5a, in accordance with the present disclosure;
5A is a schematic top view of an optical valve structure showing a directed output in the yz plane, in accordance with the present disclosure;
Figure 5b is a schematic view of a first side view of the optical valve structure of Figure 5a, in accordance with the present disclosure;
Figure 5c is a schematic diagram illustrating a second side view of the optical valve structure of Figure 5a, in accordance with the present disclosure;
6 is a schematic diagram in cross-section of an optical valve, in accordance with the present disclosure;
7A is a schematic diagram in schematic plan view of an optical valve that can be illuminated by a first illumination element and includes a curved light extraction feature, in accordance with the present disclosure;
Figure 7b is a schematic diagram in schematic plan view of an optical valve that can be illuminated by a second illumination element, in accordance with the present disclosure;
Figure 7c is a schematic diagram in schematic plan view of an optical valve, which may include a linear light extraction feature, in accordance with the present disclosure;
8 is a schematic view of a spectacle-free stereoscopic display device using an optical valve, in accordance with the present disclosure;
9 is a schematic diagram illustrating an optical valve including a planar reflective side according to the present disclosure;
10A is a schematic diagram illustrating an optical valve including a Fresnel lens, in accordance with the present disclosure;
10B is a schematic view of an optical valve comprising another Fresnel lens, in accordance with the present disclosure;
Figure 10c is a schematic diagram showing a further optical valve comprising another Fresnel lens, in accordance with the present disclosure;
11 is a schematic diagram illustrating an optical valve having a Fresnel equivalent reflecting surface according to the present disclosure;
12 is a schematic diagram illustrating an optical valve including a vertical diffuser, in accordance with the present disclosure;
Figure 13 is a schematic view in cross-section of a non-ocular stereoscopic display, in accordance with the present disclosure;
Figure 14 is a schematic view of an optical valve including separate, elongate light extraction features, in accordance with the present disclosure;
15 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of an optical valve including a light extraction feature having a variable slope and height, in accordance with the present disclosure;
16A is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of an optical valve including a light extracting feature having a plurality of reflecting facets to a light extracting feature, in accordance with the present disclosure;
16B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of an optical valve including a light extraction feature having a convex facet for the light extraction feature, in accordance with the present disclosure;
Figure 16c is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of an optical valve including a light extraction feature having a convex surface and a concave facet for the light extraction feature, in accordance with the present disclosure;
16D is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of an optical valve including a light extraction feature having an irregular facet for the light extraction feature, in accordance with the present disclosure;
Figure 16E is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of an optical valve including a light extraction feature arranged to provide limited scattering in the imaging direction, in accordance with the present disclosure;
17 is a schematic diagram showing an outline of a variable lateral thickness optical valve according to the present disclosure;
18 is a schematic diagram illustrating a top view of a directional display including an optical valve having a plurality of discrete light extraction features arranged to provide a reduction of the moiré pattern, in accordance with the present disclosure;
19 is a schematic diagram illustrating an option for a reflective side according to this disclosure;
20 is a schematic diagram illustrating a light path in an optical valve, in accordance with the present disclosure;
Figure 21 is a schematic diagram illustrating an optical valve comprising an additional tilt between a first light directing side and a second light directing side guide feature according to the present disclosure;
Figure 22 is a schematic diagram in section view of a light beam in an essentially parallel sided optical valve according to the present disclosure;
Figure 23 is a schematic diagram of a light beam in a tapered optical valve in cross-section, in accordance with the present disclosure;
Figure 24 is a schematic diagram illustrating a non-ocular stereoscopic display in which light extraction can be achieved by refraction in the light extraction features of the optical valve, in accordance with the present disclosure;
Figure 25 is a schematic diagram illustrating an optical valve including an air cavity, in accordance with the present disclosure;
26A is a schematic diagram illustrating a top view of an optical valve structure, in accordance with the present disclosure;
26B is a schematic diagram illustrating a side view of the optical valve structure of FIG. 26A, in accordance with the present disclosure;
Figure 27 is a graph illustrating extraction feature curves for different x offsets, in accordance with the present disclosure;
28 is a graph showing the tilt angle from the z-axis of the reflective surface of the extraction feature as a function of y-position along the feature, in accordance with the present disclosure;
29 illustrates divergent light propagation from a planar end surface, in accordance with the present disclosure;
30A is a graph showing an extractor curve and a facet angle for a divergent optical valve having a planar upper surface, in accordance with the present disclosure;
Figure 30B is a graph depicting the extractor curves and surface angles for a diverging optical valve having a planar upper surface, in accordance with the present disclosure;
31 is a schematic diagram of a stereoscopic display embodiment showing how the left and right eye images are displayed in synchronism with the first and second illumination light sources, respectively, in accordance with the present disclosure;
32 is a schematic diagram of a display embodiment, in accordance with the present disclosure, showing how an image can be selectively presented to a user without being presented to others.
33 is a block diagram of an apparatus according to the present disclosure for providing an input to a control system that substantially synchronizes the device detected by the onboard device and how the head or eye position displays the left eye and right eye images on the non- Fig.
Figure 34 illustrates how multiple viewer stereoscopic viewing can be provided using a detector to locate the eye and thereby synchronize the illumination LEDs for the left and right eye views, in accordance with the present disclosure. schematic.
일반적으로, 본 개시 내용에서, 광학 밸브(optical valve)를 이용하여 광을 안내하는 방법은 광선이 광학 밸브를 통해 제1 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있고, 광은 제1 방향에서 실질적으로 낮은 손실로 전파할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브는 광선이 광학 밸브의 단부 표면과 상호작용할 수 있게 해줄 수 있고, 또한 광선이 광학 밸브를 통해 제2 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있으며, 제2 방향으로 전파하고 있는 동안, 광선의 적어도 일부는 적어도 하나의 추출 특징부와 만날 수 있고 광학 밸브로부터 추출될 수 있다.Generally, in this disclosure, a method of guiding light using an optical valve may allow light to propagate through the optical valve in a first direction, wherein the light is substantially lower in the first direction It can propagate by loss. In addition, the optical valve can allow light rays to interact with the end surface of the optical valve, and also allows the light beam to propagate through the optical valve in the second direction, while propagating in the second direction , At least a portion of the light beam can meet the at least one extraction feature and be extracted from the optical valve.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광을 안내하는 광 밸브(light valve)는 제1 광 안내 표면 - 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면임 -, 및 제1 광 안내 표면과 대향하고 있을 수 있는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는, 각각, 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있으며, 복수의 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, a light valve for guiding light comprises a first light guiding surface, the first light guiding surface being substantially planar, and a second light guiding surface, A second light guiding surface, and may further include a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The extracting feature and the guiding feature may each be connected to one another and may alternate with each other and the plurality of extracting features may be arranged such that when the light is propagating in the first direction, And when light is propagating in the second direction, the light can be reflected and allowed to exit the light valve.
본 개시 내용의 또 다른 측면에 따르면, 광학 밸브 시스템은 적어도 광학 밸브의 제1 단부에 결합되어 동작하는 복수의 조명 요소를 포함할 수 있고, 여기서 광학 밸브는 실질적으로 평면일 수 있는 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있다. 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, an optical valve system may include a plurality of illumination elements operatively associated with at least a first end of an optical valve, wherein the optical valve includes a first light guide Surface. The optical valve may also include a second light guiding surface facing the first light guiding surface, and may include a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The extraction feature and the guide feature may be connected to each other and alternate with each other. The extraction feature may allow the light to pass through with a substantially lower loss when the light is propagating in the first direction and the light is reflected and exits the light valve when the light is propagating in the second direction You can do it.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 단부에 위치해 있을 수 있는 입력 측면(input side), 광학 밸브의 제2 단부에 위치해 있을 수 있는 반사 측면(reflective side), 및 광학 밸브의 입력 측면과 반사 측면 사이에 위치해 있을 수 있는 제1 광 지향 측면(light directing side) 및 제2 광 지향 측면을 포함할 수 있다. 제2 광 지향 측면은 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 안내 특징부는 각자의 추출 특징부를 연결시킬 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, an optical valve includes an input side that may be located at a first end of the optical valve, a reflective side that may be located at a second end of the optical valve, A first light directing side and a second light directing side that may be located between the input side and the reflective side of the valve. The second light directing side may comprise a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The plurality of guide features can connect the respective extraction features.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 방향성 디스플레이 시스템은 광학 밸브에 광선을 제공할 수 있는 조명기 어레이(illuminator array)를 포함할 수 있다. 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 여기서 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면일 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 광학 밸브의 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 추출 특징부는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영역의 추출 특징부는 각자의 배향을 가질 수 있음으로써, 제1 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창으로 지향될 수 있고 제2 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창과 상이한 제2 시청 창으로 지향될 수 있도록 되어 있다.According to another aspect of the present disclosure, a directional display system can include an illuminator array capable of providing a light beam to an optical valve. The optical valve may comprise a first light guiding surface of the optical valve, wherein the first light guiding surface may be substantially planar. The optical valve may also include a second light guiding surface of the optical valve facing the first light guiding surface, and may include a plurality of guiding features and a plurality of extracting features. The plurality of extracting features may include a first region and a second region. The extraction features of the first and second regions may have their respective orientations so that at least a portion of the light rays from the first illuminator can be directed to a first viewing window outside the optical valve, At least a portion of which can be directed to a second viewing window that is different from the first viewing window outside the optical valve.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)는 광학 밸브, 광학 밸브에 광을 제공할 수 있는 조명 요소의 어레이, 광학 밸브의 시청 창에 근접해 있는 관찰자를 검출하는 센서, 및 조명 요소의 어레이에 대한 설정을 결정하는 조명 제어기를 포함할 수 있고, 여기서 설정은 제1 시청 창에 대응할 수 있는 제1 조명기 요소 세트에 대한 제1 조명 단계를 결정할 수 있고, 설정은 제2 시청 창에 대응할 수 있는 제2 조명기 요소 세트에 대한 제2 조명 단계를 결정할 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, an observer tracking autostereoscopic display comprises an optical valve, an array of illumination elements capable of providing light to the optical valve, an observer proximate to the viewing window of the optical valve, And a lighting controller for determining a setting for the array of lighting elements, wherein the setting can determine a first lighting stage for a first set of illuminator elements that can correspond to a first viewing window, May determine a second illumination step for a second set of illuminator elements that may correspond to a second viewing window.
일반적으로, 광 밸브 또는 광학 밸브는 국소화된 광원으로부터 대면적 조명을 제공할 수 있다. 광 밸브 및 광학 밸브라는 용어는 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 광학 밸브는, 한 예에서, 도파관(waveguide)일 수 있고, 계단형 구조물(stepped structure)을 포함할 수 있으며, 여기서 계단은 제1 방향으로 전파하고 있을 수 있는 안내된 광에 대해 효과적으로 광학적으로 은폐될 수 있는 추출 특징부일 수 있다. 제2 방향으로 전파하고 있을 수 있는 돌아오는 광은, 광학 밸브의 상부 표면으로부터 빠져 나갈 수 있는 조명을 제공하기 위해, 추출 특징부에 의해 굴절, 회절 및/또는 반사될 수 있다. 이러한 제어된 조명은 효율적인 다중 사용자 무안경 입체 디스플레이는 물론, 향상된 2D 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.In general, a light valve or an optical valve can provide large area illumination from a localized light source. The terms light valve and optical valve may be used interchangeably herein. The optical valve, in one example, may be a waveguide and may include a stepped structure, wherein the step is configured to effectively optically conceal the guided light, which may be propagating in the first direction Can be extracted. The returning light, which may be propagating in the second direction, may be refracted, diffracted, and / or reflected by the extracting feature to provide illumination that can escape from the top surface of the optical valve. Such controlled illumination can provide enhanced multi-user no-eye stereoscopic display as well as enhanced 2D display functionality.
일반적으로, 광학 밸브는 광을 안내 및/또는 지향할 수 있는 광학 구조물 또는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 광이 광학 밸브 내에서 제1 방향으로 입력 측면으로부터 반사 측면으로 전파할 수 있고, 실질적으로 손실 없이 투과될 수 있다. 광이 반사 측면에서 반사될 수 있고, 제1 방향과 실질으로 반대쪽인 제2 방향으로 전파할 수 있다. 광이 제2 방향으로 전파할 때, 광은 광 추출 특징부에 입사할 수 있고, 광학 밸브 외부로 광을 추출하거나 재지향(redirect)시킬 수 있다. 달리 말하면, 광학 밸브는 광이 제1 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하는 동안 추출될 수 있게 해줄 수 있다.In general, an optical valve may be an optical structure or any type of optical device capable of guiding and / or directing light. Light can propagate from the input side to the reflective side in the first direction in the optical valve and can be transmitted substantially without loss. The light can be reflected at the reflective side and propagate in the second direction substantially opposite to the first direction. When light propagates in the second direction, the light can enter the light extracting feature and extract or redirect light outside the optical valve. In other words, the optical valve can allow light to propagate in a first direction and allow light to be extracted while propagating in a second direction.
일 실시예에서, 광학 밸브는 광학 밸브 방향성 백라이트로서 기능할 수 있고, 대형 디스플레이 영역의 시간 순차적 방향성 조명을 달성할 수 있다. 시간 다중화된 무안경 입체 디스플레이는 유익하게도 제1 시간 슬롯에서 공간 광 변조기의 실질적으로 모든 픽셀들로부터의 광을 제1 시청 창으로 지향시키고 제2 시간 슬롯에서 공간 광 변조기의 실질적으로 모든 픽셀로부터의 광을 제2 시청 창으로 지향시킴으로써 무안경 입체 디스플레이의 공간 해상도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 눈이 제1 및 제2 시청 창에서 광을 수광하도록 배열되어 있는 관찰자는 다수의 시간 슬롯에 걸쳐 디스플레이 전체에 걸쳐 전체 해상도 영상(full resolution image)을 볼 수 있다. 시간 다중화된 디스플레이는, 방향성 광학 요소를 사용하여 조명기 어레이를 실질적으로 투명한 시간 다중화된 공간 광 변조기를 통과하게 지향시킴으로써, 방향성 조명을 달성할 수 있고, 여기서 방향성 광학계는 실질적으로 창 평면에 조명기 어레이의 상을 형성한다. 게다가, 시청 창의 균일성이 유익하게도 공간 광 변조기에서의 픽셀의 배열과 무관할 수 있다. 유익하게도, 이러한 디스플레이는 낮은 플리커를 가지는 관찰자 추적 디스플레이를 제공할 수 있으며, 움직이는 관찰자에 대한 낮은 레벨의 크로스토크를 가진다.In one embodiment, the optical valve can function as an optical valve directional backlight and achieve time sequential directional illumination of a large display area. The time-multiplexed spectacles stereoscopic display advantageously directs light from substantially all pixels of the spatial light modulator in a first time slot to a first viewing window and directs light from substantially all pixels of the spatial light modulator in a second time slot By directing the light to the second viewing window, the spatial resolution of the spectacles stereoscopic display can be improved. As such, an observer, who is arranged to receive light in the first and second viewing windows, may view a full resolution image across the display over a plurality of time slots. The time-multiplexed display can achieve directional illumination by directing the illuminator array through a substantially transparent time-multiplexed spatial light modulator using a directional optical element, wherein the directional optical system is substantially parallel to the plane of the illuminator array To form an image. In addition, the uniformity of the viewing window may advantageously be independent of the arrangement of pixels in the spatial light modulator. Advantageously, such a display can provide an observer tracking display with low flicker and low level crosstalk to a moving observer.
창 평면에서 높은 균일성을 달성하기 위해, 높은 공간 균일성을 가지는 조명 요소의 어레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이와 함께 대략 100 마이크로미터의 크기를 갖는 공간 광 변조기의 픽셀에 의해, 시간 순차적 조명 시스템의 조명기 요소가 제공될 수 있다. 그렇지만, 이러한 픽셀은 공간 다중화된 디스플레이에 대해서와 동일한 어려움을 겪을 수 있다. 게다가, 이러한 장치는 낮은 효율 및 높은 단가를 가질 수 있으며, 부가의 디스플레이 구성요소를 필요로 한다.In order to achieve high uniformity in the window plane, it may be desirable to provide an array of lighting elements with high spatial uniformity. For example, an illuminator element of a time-sequential illumination system can be provided by pixels of a spatial light modulator having a size of approximately 100 micrometers with a lens array. However, such pixels may suffer the same difficulty as for a spatially multiplexed display. In addition, such devices can have low efficiency and high unit cost, and require additional display components.
편리하게도, 예를 들어, 대략 1 mm 이상일 수 있는 광학 요소인 거시적 조명기(macroscopic illuminator)에 의해 높은 창 평면 균일성이 달성될 수 있다. 그렇지만, 조명기 요소의 크기의 증가는 방향성 광학 요소의 크기가 그에 비례하여 증가할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 대략 65 mm 폭의 시청 창에 결상되는 대략 16 mm 폭의 조명기에 의해 대략 200 mm 후방 작동 거리(back working distance)가 얻어질 수 있다. 이와 같이, 광학 요소의 증가된 두께는, 예를 들어, 모바일 디스플레이 또는 대면적 디스플레이에 대한 유용한 응용을 방해할 수 있다.Conveniently, high window plane uniformity can be achieved, for example, by a macroscopic illuminator, which is an optical element that can be about 1 mm or more. However, an increase in the size of the illuminator element may mean that the size of the directional optical element may increase proportionally. For example, a back working distance of approximately 200 mm can be obtained by an illuminator of approximately 16 mm width, which is imaged in a viewing window of approximately 65 mm in width. As such, the increased thickness of the optical element can interfere with useful applications, for example, for mobile displays or large area displays.
그에 부가하여, 거시적 조명기로부터의 광을 창 평면(window plane)으로 지향시키기 위해 광학 요소의 후방 작동 거리보다 더 얇은 광학 요소가 이용될 수 있다. z 방향에서의 광학 밸브의 두께에 관련되어 있을 수 있고 대략 0.1 mm 내지 25 mm의 범위에 있을 수 있는 얇다는 것은 광학 밸브 조명기와 관련하여 논의될 수 있다. 이러한 디스플레이는 실질적으로 평행한 광학 밸브에서 제2 방향으로 전파하는 광을 추출하도록 구성되어 있는 면(facet)의 어레이를 사용할 수 있다.In addition, an optical element that is thinner than the back working distance of the optical element can be used to direct the light from the macromer to the window plane. It can be discussed in relation to the optical valve illuminator that it may be related to the thickness of the optical valve in the z direction and may be in the range of approximately 0.1 mm to 25 mm. Such a display may use an array of facets that are configured to extract light propagating in a second direction in a substantially parallel optical valve.
본 명세서에서의 실시예는 대면적의 얇은 구조물을 갖는 무안경 입체 디스플레이를 제공할 수 있다. 게다가, 기술될 것인 바와 같이, 본 개시 내용의 광학 밸브는 큰 후방 작동 거리를 갖는 얇은 광학 요소를 달성할 수 있다. 무안경 입체 디스플레이를 포함하는 방향성 디스플레이를 제공하기 위해, 이러한 요소가 방향성 백라이트에서 사용될 수 있다. 게다가, 일 실시예는 효율적인 무안경 입체 디스플레이를 위해 제어된 조명기를 제공할 수 있다. 그에 부가하여, 일 실시예는 방향성 백라이트 장치 및 방향성 백라이트 장치를 포함할 수 있는 방향성 디스플레이에 관한 것일 수 있다. 무안경 입체 디스플레이, 프라이버시 디스플레이(privacy display) 및 다른 방향성 디스플레이 응용에 대해 이러한 장치가 사용될 수 있다.The embodiments herein can provide a non-ocular stereoscopic display having a large-area thin structure. In addition, as will be described, the optical valve of the present disclosure can achieve a thin optical element with a large rear working distance. To provide a directional display comprising a non-ocular stereoscopic display, such elements can be used in a directional backlight. In addition, one embodiment can provide a controlled illuminator for efficient spectacles stereoscopic display. In addition, one embodiment may be directed to a directional display that may include a directional backlight device and a directional backlight device. Such a device can be used for non-eyeglass stereoscopic displays, privacy displays and other directional display applications.
일 실시예에서, 광학 밸브 구조물 내에 통합될 수 있는 비선형 광 추출 특징부에 의해 방향성 백라이트의 광학 기능이 제공될 수 있고, 그에 따라 단가 및 복잡도가 감소된다. 유익하게도, 조명 구조물로부터 시청 창을 제공하기 위해 이용될 수 있는 부가의 광학 필름의 수를 감소시키기 위해 추출 특징부에서 광학 기능들의 조합이 제공될 수 있다. 선형 추출 특징부에 비해 디스플레이의 조명의 균일성이 증가될 수 있다. 게다가, 에지 반사기의 처짐이 감소될 수 있음으로써, 방향성 백라이트의 베젤의 크기가 감소될 수 있고, 베젤의 시각적 외관을 향상시킬 수 있다. 유익하게도, 방향성 백라이트와 패널 사이의 모아레가 감소될 수 있다. 그에 부가하여, 시청 자유도를 증가시키기 위해, 일정 범위의 시청 위치에 대해 디스플레이의 수차가 최적화될 수 있다.In one embodiment, the optical functionality of the directional backlight can be provided by the non-linear light extraction feature that can be incorporated into the optical valve structure, thereby reducing cost and complexity. Advantageously, a combination of optical functions in the extraction feature may be provided to reduce the number of additional optical films that can be used to provide the viewing window from the illumination structure. The uniformity of the illumination of the display can be increased compared to the linear extraction feature. In addition, since the deflection of the edge reflector can be reduced, the size of the bezel of the directional backlight can be reduced and the visual appearance of the bezel can be improved. Advantageously, moire between the directional backlight and the panel can be reduced. In addition, in order to increase the degree of viewing freedom, the aberration of the display can be optimized for a range of viewing positions.
유의할 점은, 본 개시 내용의 실시예가 각종의 광학 시스템, 디스플레이 시스템 및 프로젝션 시스템에서 사용될 수 있다는 것이다. 실시예는 각종의 프로젝터, 프로젝션 시스템, 광학 요소, 디스플레이, 마이크로디스플레이, 컴퓨터 시스템, 프로세서, 자체 완비 프로젝터 시스템, 비주얼 및/또는 오디오비주얼 시스템, 및 전기 및/또는 광학 장치를 포함할 수 있거나 그와 함께 동작할 수 있다. 본 개시 내용의 측면은 실제로 광학 및 전기 장치, 광학 시스템, 디스플레이 시스템, 엔터테인먼트 시스템, 프레젠테이션 시스템, 또는 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있는 임의의 장치에 관련된 임의의 장치에서 사용될 수 있다. 그에 따라, 본 개시 내용의 실시예는 광학 시스템, 시각적 및/또는 광학적 프레젠테이션에서 사용되는 장치, 시각적 주변 장치(visual peripheral) 등에서 그리고 다수의 컴퓨팅 환경에서 이용될 수 있다.It should be noted that embodiments of the present disclosure can be used in various optical systems, display systems, and projection systems. Embodiments may include various types of projectors, projection systems, optical elements, displays, microdisplays, computer systems, processors, self-contained projector systems, visual and / or audio visual systems, and electrical and / It can work together. Aspects of the present disclosure may be used in virtually any device related to any device that may, in fact, include optical and electrical devices, optical systems, display systems, entertainment systems, presentation systems, or any type of optical system. Accordingly, embodiments of the present disclosure may be used in optical systems, devices used in visual and / or optical presentations, visual peripherals, and the like, and in a number of computing environments.
개시된 실시예를 상세히 기술하기 전에, 본 개시 내용이 다른 실시예를 가능하게 해주기 때문에, 본 개시 내용이 그의 응용 또는 제작에서 도시된 특정의 구성의 상세로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 더욱이, 본 개시 내용의 측면이 그 자체적으로 고유한 실시예를 정의하기 위해 상이한 조합 및 구성으로 기술되어 있을 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 전문 용어가 설명을 위한 것이며, 제한하는 것이 아니다.It is to be understood that this disclosure is not limited to the details of specific configurations shown in its application or manufacture, since this disclosure allows other embodiments before describing the disclosed embodiments in detail. Moreover, aspects of the present disclosure may be described in terms of different combinations and configurations to define their own unique embodiments. Also, the terminology used herein is for the purpose of description and is not limiting.
도 1a 및 도 1b는, 각각, 종래의 도파관 백라이트 조명기의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 도 1a의 상면도(150)는 쐐기형 도파관(160)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(155)를 포함하고 있다. 산란 특징부를 갖는 쐐기형 도파관은 LCD 조명에 일상적으로 사용되고 있다. 상면도(150)는 xy 평면에 나타내어져 있다.1A and 1B are schematic views showing a top view and a side view of a conventional waveguide backlight illuminator, respectively. The
도 1b의 측면도(100)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(105), 도파관(110), LCD(120), 확산기(130), 및 반사 요소(140)를 포함하고 있다. 도 1b의 측면도(100)는 도 1a의 상면도(150)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 1b의 LED(105)는 LED(155)에 대응할 수 있고, 도 1b의 도파관(110)은 도 1a의 도파관(160)에 대응할 수 있다.A
도 1b에 도시된 바와 같이, LED(105)는 도파관(110)의 보다 두꺼운 가장자리(107)를 조명할 수 있고, 광은 도파관(110) 내에서 전파할 수 있다. 전파하는 광의 일부분은 점(145)에서와 같이 주기적으로 반사 요소(140)와 만나고, 이는 광선을 산란시킬 수 있다. 도파관(110)의 임계각을 초과하는 전파 각도를 가지는 산란된 광선은 빠져나가 확산기(130)를 통과하고 이어서 LCD(120)를 조명한다. 광선이 도파관(110)의 얇은 단부(109) 쪽으로 진행함에 따라, 나머지 산란된 광선은 쐐기 프로파일에 의해 계속 압축된다. 조명광의 대부분이 도파관(110)을 빠져나갈 때까지, 광선은 도파관(110)에서 점(146 및 147)에 나타낸 점점 더 많은 산란 특징부와 만난다. 이러한 방식으로, 점진적인 광 누설은, LCD(120)를 조명하기 위해, 국소화된 광원으로부터의 광을 도파관(110) x-축을 따라 확산시킨다. LED(155)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 서로 인접하여 배치될 수 있고, 따라서 광이 도파관의 쐐기 프로파일에 직교인 도파관의 방향으로 y-축을 따라 전파할 수 있다. 도 1b에 예시된 바와 같이, 확산기(130)가 또한 조명을 확산시키기 위해 사용될 수 있다.The
이 종래의 방식이 조명을 제공하지만, 광의 이탈 광선 각도(exit ray angle)가 제어되지 않고 지향되지 않는다. 조명의 제어 없이는, 효율, 프라이버시 및 무안경 입체 응용의 기회가 가능하지 않다.Although this conventional approach provides illumination, the exit ray angle of light is not controlled and directed. Without the control of illumination, efficiency, privacy and opportunities for stereoscopic applications without glasses are not possible.
도 2a 및 도 2b는 공지의 무안경 입체 디스플레이의 상면도 및 측면도를 나타낸 개략도이다. 도 2a의 상면도(250)는 xy 평면에 예시되어 있고, 도파관(210)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(255a 및 255b)를 포함하고 있다. 그에 부가하여, 도 2b의 측면도(200)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(205a 및 205b), LCD(220), 3M 필름(230), 도파관(210), 및 반사 요소(240)를 포함하고 있다. 도 2b의 측면도(200)는 도 2a의 상면도(250)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 2b의 LED(205a 및 205b)는 도 2a의 LED(255a 및 255b)에 대응할 수 있고, 도 1b의 도파관(110)은 도 2a의 도파관(260)에 대응할 수 있다.Figs. 2A and 2B are schematic views showing a top view and a side view of a known spectacles stereoscopic display. Fig. A
보다 최근에, 미국 특허 제7,750,982호(Nelson 등)(참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 논의된 바와 같이, 각도 제어를 갖는 출력 조명이 개발되었다. 이 공지된 예에서, 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, LED(각각, 255a 및 255b, 그리고 205a 및 205b)는 도파관의 좌우에 위치되어 있으며, 독립적으로 변조될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 우측 LED(205b)로부터 방출된 광은 이중 쐐기형 도파관(double wedged waveguide)(210)을 따라 전파하고, 일부 광이 임계각을 초과하여 내부 전반사(TIR)가 실패할 때까지 그의 광선 각도를 점진적으로 증가시킨다. 이들 광선은 이어서 도파관을 빠져나가고 도파관 법선(guide normal) 또는 z-축에 대해 90°에 가까운 좁은 각도 범위에서 디스플레이 쪽으로 밖으로 전파한다. 도파관(210)과 LCD(220) 사이에 위치된 일체형 렌즈를 갖는, 도 2b에서 3M 필름(230)으로서 예시된 마이크로-프리즘 필름(micro-prism film)은 이 광을 수직 전파를 초과하지 않는 수직 전파까지 각도가 확산되면서 z-축을 따라 지향시킨다.More recently, output lighting with angle control has been developed, as discussed in U.S. Patent No. 7,750,982 (Nelson et al., Incorporated herein by reference). In this known example, LEDs (255a and 255b, and 205a and 205b, respectively) are positioned to the left and right of the waveguide and can be independently modulated, as illustrated in Figures 2A and 2B. As shown in FIG. 2B, the light emitted from the
도 2b에 대한 논의를 계속하면, LCD(220)를 3M 필름(230) 바로 위에 배치함으로써, 디스플레이를 수직으로 볼 때 전체적으로 조명된 LCD가 좌안에서만 보인다. 이 영상은 좌안에서만 지속되는데, 그 이유는 디스플레이가 우안에 보이기 시작할 때까지 디스플레이가 수직을 중심으로 회전되기 때문이다. 이 시점에서, 디스플레이는 종래의 2D 디스플레이처럼 보인다. 도 2b의 좌측 LED(205a)로부터 방출된 광에 대해 우안에서 대칭적 상황이 얻어진다. 디스플레이에 공급되는 교대로 있는 좌안 영상 및 우안 영상과 동기하여 좌안 및 우안 LED(205a 및 205b)를 변조하는 것은 시청자가 수직에서 볼 때 고해상도 입체를 볼 수 있게 해준다. 디스플레이를 수직으로부터 멀어지는 쪽으로 회전시키는 것은 2D 영상을 제공하고, 좌안 입체 영상이 우안에서 보일 때와 그 반대의 경우(보다 종래의 렌티큘러 스크린 또는 시차 장벽 방식에 의해 야기됨)와 같이, 불쾌한 위체경 느낌(pseudoscopic sensation)을 방지한다. 게다가, 3D 영상은 종래의 방식과 달리 전체 해상도이고, 모든 LED가 켜질 때는 기본적으로 종래의 2D 디스플레이로 될 수 있다. 이 공지된 입체 디스플레이 해결책은 단지 2개의 빔이 독립적으로 제어되고, 따라서 다수의 독립적으로 변조되는 빔이 가능하게 해줄 수 있는 무안경 입체 시스템에서 프라이버시 효율적인 조명 모드 및 머리 움직임 자유도를 방해한다는 점에서 제한되어 있다.Continuing the discussion of FIG. 2B, by placing the
도 3a 및 도 3b는 다른 공지의 무안경 입체 디스플레이의 상면도 및 측면도를 나타낸 개략도이다. 도 3a의 상면도(350)는 xy 평면에 예시되어 있고, 쐐기형 도파관(360)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(355)를 포함하고 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 쐐기형 도파관(360)은 주름진 반사 표면(reflecting corrugated surface)(362)을 가질 수 있다. 그에 부가하여 도 3b의 측면도(300)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(305), LCD(320), 재지향(redirection) 필름(330), 및 도파관(310)을 포함하고 있다. 도 3b의 측면도(300)는 도 3a의 상면도(350)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 3b의 LED(305)는 도 3a의 LED(355)에 대응할 수 있고, 도 3b의 쐐기형 도파관(310)은 도 3a의 쐐기형 도파관(360)에 대응할 수 있다. 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b의 도파관과 유사하게, 도 3b의 쐐기형 도파관(310)은 또한 얇은 단부(307) 및 두꺼운 단부(309)를 가진다.3A and 3B are schematic views showing a top view and a side view of another known spectacle-free stereoscopic display. The
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 미국 특허 제7,660,047호(Travis)(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 개시된 바와 같이, 쐐기형 도파관이 이용될 수 있다. 도 3a 및 도 3b의 방식은 작은 광학 범위(optical extent) 또는 에텐듀(etendue)를 나타낼 수 있는 단일 LED 방출기를 이용한다.As shown in FIGS. 3A and 3B, a wedge-shaped waveguide may be used, as disclosed in U.S. Patent No. 7,660,047 (Travis, incorporated herein by reference in its entirety). The approach of Figures 3a and 3b utilizes a single LED emitter capable of representing a small optical extent or etendue.
쐐기형 도파관은 도파관의 xy 평면에서 종래의 평행화(collimation)를 제공할 수 있고, TIR 실패를 통한 쐐기형 도파관의 점진적인 누설에 의해 제공되는 xz 평행화를 이용할 수 있다. 게다가, 빔 확장을 위한 전방향 전파 및 광을 동일한 도파관을 따라 아래로 누설시키기 위한 역방향 평행화된 전파 빔을 이용하여, 반사에서 xy 평행화가 수행될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 경사진 곡면 반사 에지 표면(tilted, curved reflecting edge surface)은 평행화 및 반사에 대한 각도 바이어스(angular bias)를 제공한다.The wedge-shaped waveguide may provide conventional collimation in the xy plane of the waveguide and may utilize the xz parallelism provided by the gradual leakage of the wedge-shaped waveguide through TIR failure. In addition, xy parallelism in reflection can be performed using an inverse parallel propagation beam to leak downwards along the same waveguide and forward propagation for beam expansion. As shown in FIGS. 3A and 3B, a tilted, curved reflecting edge surface provides an angular bias to collimation and reflection.
도 3a 및 도 3b의 쐐기형 도파관에서의 한가지 문제점은 여기된 조명 빔을 도파관 표면으로부터 멀어지는 쪽으로 편향시켜야만 한다는 것이다. 이것은 복잡한 필름을 사용하여 효율적이고 균일하게 행해진다. 게다가, 독립형 쐐기의 대칭적 성질은 누설이 상부 표면 및 하부 표면 둘 다에서 일어날 수 있다는 것을 의미한다. 그에 부가하여, 내부 전파 광선 각도의 확산이 감소되고, 궁극적으로 임의의 주어진 LED 광원에 대한 쐐기 두께를 증가시킨다. 한가지 추가의 문제점은 이 에지에 가까운 곳에서 불균일한 조명을 피하기 위해 주름져 있어야만 하는 반사 에지(reflecting edge)에 관한 것이다. 이러한 주름은 비용이 많이 드는데, 그 이유는 엄격한 설계 허용오차를 만족시켜야만 하기 때문이다.One problem with the wedge-shaped waveguides of Figs. 3a and 3b is that they must deflect the excited illumination beam away from the waveguide surface. This is done efficiently and uniformly using complex films. In addition, the symmetrical nature of the stand-alone wedge means that leakage can occur at both the upper surface and the lower surface. In addition, diffusion of the internal propagating light angle is reduced and ultimately increases the thickness of the wedge for any given LED light source. One additional problem relates to the reflecting edge, which must be wrinkled to avoid uneven illumination near this edge. These wrinkles are costly, because they must meet stringent design tolerances.
일반적으로, 쐐기형 도파관은 밸브로서 기능하지 않을 수 있다. 쐐기형 도파관의 얇은 단부로부터 두꺼운 단부로 전파할 수 있는 광은 두꺼운 단부로부터 직접 반사되는 경우 추출 없이 되돌아올 수 있다. 주로 경사진 또는 주름진 단부 거울로부터의 반사에 의한 각도 조절을 통해, 광이 추출되기에 충분히 높은 각도로 후방으로 전파할 수 있다.In general, the wedge-shaped waveguide may not function as a valve. Light that can propagate from the thin end to the thick end of the wedge-shaped waveguide can be returned without extraction if reflected directly from the thick end. It is possible to propagate backward at an angle high enough to allow light to be extracted through angle adjustment by reflection from mainly an inclined or corrugated end mirror.
일반적으로, 광학 밸브 및 쐐기형 도파관 조명된 디스플레이 둘 다에 대해, 예를 들어, 발명의 명칭이 "픽셀내 조명 시스템(Intra-pixel illumination system)"인 공동 소유의 미국 특허 공개 제2009/0160757호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 개시된 바와 같이, 국소 제어된 컬러 조명을 픽셀에 제공하여 컬러 필터 어레이(color filter array, "CFA")를 필요없게 하는 것에 의해 또는 시청자의 눈이 존재하는 영역에만 조명을 집중하는 것에 의해 효율이 향상될 수 있다. 시청자의 눈이 존재하는 영역에만 조명을 집중하는 것에 의해 프라이버시 응용이 또한 제공될 수 있는데, 그 이유는 조명하는 광이 잠재적인 엿보는 사람의 눈에 도달하지 않기 때문이다. 좌안 및 우안 영상 제시와 동기하여 좌안 및 우안에 개별적으로 도달하는 그 조명하는 광을 변조하는 것에 의해, 또한 안경류를 필요로 함이 없이 입체 정보를 전달하는 것이 가능하다. 핸드헬드 3D 장치에 대해 이 후자의 무안경 입체 방식이 사용될 수 있다.Generally, for both optical valves and wedge-shaped waveguide illuminated displays, for example, commonly owned US Patent Application Publication No. 2009/0160757 entitled " Intra-pixel Illumination System & By providing a locally controlled color illumination to the pixels to eliminate the need for a color filter array ("CFA"), as disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 10 / The efficiency can be improved by concentrating the light only on the existing region. A privacy application can also be provided by focusing the light only on the area where the viewer's eyes are present, because the light that illuminates does not reach the eyes of the potential peepers. It is possible to transmit the stereoscopic information without modifying the illuminating light individually reaching the left and right eyes in synchronism with the presentation of the left eye and right eye images and without requiring eyewear. For the handheld 3D device this latter non-eyeglass stereo method can be used.
도 4a 및 도 4b는 광학 밸브의 일 실시예의 각자의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 일반적으로, 도 4a 및 도 4b의 실시예는 광학 밸브로서 동작할 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 광학 밸브는 제한이 아니라 단지 논의를 위해 그 자체로서 참조될 수 있다.4A and 4B are schematic views showing a top view and a side view, respectively, of an embodiment of the optical valve. In general, the embodiment of Figures 4A and 4B can act as an optical valve. The optical valves of Figs. 4A and 4B are not limitations, but can be referred to for the sake of discussion only.
도 4a 및 도 4b는 광학 밸브의 일 실시예의 각자의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 도 4a의 상면도(450)는 xy 평면에 예시되어 있고, 광학 밸브(410)를 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(405)를 포함하고 있다. 본 명세서에 논의된 실시예와 관련하여 LED가 광원으로서 논의되고 있지만, 레이저 광원, 국소 전계 방출 광원(local field emission source), 유기 발광체 어레이(이들로 제한되지 않음) 등과 같은 임의의 광원이 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 도 4b의 측면도(400)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(405), LCD(420), 추출 특징부(430), 및 광학 밸브(410)를 포함하고 있다. 도 4b의 측면도(400)는 도 4a의 상면도(450)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 4a 및 도 4b의 LED(405)는 서로에 대응할 수 있고, 도 4a 및 도 4b의 광학 밸브(410)는 서로에 대응할 수 있다. 게다가, 도 4b에서, 광학 밸브(410)는 얇은 단부(407) 및 두꺼운 단부(409)를 가질 수 있다. LCD(420)가 논의를 위해 본 명세서에서 언급될 수 있지만, LCOS, DLP 장치를 비롯한 다른 디스플레이가 사용될 수 있는데, 그 이유는 조명기가 반사에서 동작할 수 있기 때문이다.4A and 4B are schematic views showing a top view and a side view, respectively, of an embodiment of the optical valve. The
도 4a 및 도 4b의 실시예에서, 제1 방향에서 전파하는 광은 그다지 손실 없이 광학 밸브(410)를 통해 안내될 수 있고, 제2 방향에서 전파하는 광은 추출 특징부(430)를 이용하여 광학 밸브(410)로부터 추출될 수 있다. 추출 특징부(430)에 대해서는 본 명세서에 더 상세히 논의할 것이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 광이 광학 밸브(410)의 얇은 단부(407)로부터 두꺼운 단부(409)쪽으로 일 수 있는 제1 방향으로 전파할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브(410)의 단부로부터 반사한 후에, 광이 제2 방향으로 전파할 수 있으며, 여기서 제2 방향은 두꺼운 단부(409)로부터 얇은 단부(407) 쪽으로 일 수 있다. 광이 제2 방향으로 이동할 때, 광은 추출 특징부(430)를 만날 수 있고, 광학 밸브(410)로부터 LCD(420) 쪽으로 추출될 수 있다. 그에 부가하여, 추출 특징부는 제1 방향으로 전파하는 광에 대해 광학 밸브의 상승부에서 효과적으로 광학적으로 은폐될 수 있다.4A and 4B, the light propagating in the first direction can be guided through the
도 4b의 광학 밸브(410)에 대한 논의를 계속하면, 광이 제1 단부, 예를 들어, 도 4b의 얇은 단부(407)에 들어가고, 광학 밸브의 길이를 따라 전파하며, 제2 단부, 예를 들어, 도 4b의 두꺼운 단부(409)로부터 반사하고, 광학 밸브의 길이를 따라 제1 단부 쪽으로 그리고 어떤 지점에서 광학 밸브의 길이를 따라 전파할 수 있으며, 광이 추출 특징부(430)와의 상호작용을 통해 광학 밸브로부터 추출될 수 있다.Continuing the discussion of
이 실시예에 대한 논의를 계속하면, 광이 비평면 표면으로부터 반사되기 전에 제1 방향으로 전파할 시에 균질화되고 확장될 수 있고 제2 방향으로 전파하는 동안 추출될 수 있다. 비평면 표면은 광이 창 평면에 광원의 상을 형성할 수 있게 해주는 원통형 렌즈처럼 기능할 수 있다. 한 예에서, 광원 결상은, 고비용의 주름을 이용할 필요 없이, 쐐기형 도파관과 유사한 원통 반사 단면 표면을 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 비교를 통해, 미국 특허 제7,660,047호(Travis)에서의 쐐기형 도파관의 반사 단면은 주름져 있어야만 한다.Continuing the discussion of this embodiment, the light can be homogenized and expanded as it propagates in the first direction before being reflected from the non-planar surface, and extracted while propagating in the second direction. The non-planar surface can function as a cylindrical lens that allows light to form an image of the light source on the window plane. In one example, the light source imaging can be accomplished by using a cylindrical reflective cross-sectional surface similar to a wedge-shaped waveguide, without the need to use high cost wrinkles. By way of comparison, the reflective section of the wedge-shaped waveguide in US Pat. No. 7,660,047 (Travis) must be wrinkled.
광학 밸브는 상이한 디스플레이 플랫폼에 대해 적절히 조절될 수 있는 두께를 갖는 독립형 단일 몰드 유닛(freestanding, single molded unit)일 수 있다. 게다가, 트레이드오프는 두께가 감소함에 따른 광학 효율의 손실일 수 있다. 그에 부가하여, 비교적 낮은 두께 및 낮은 비용의 무안경 입체 디스플레이가 달성될 수 있고, 광학 품질을 개선시키면서 무안경 입체 디스플레이에서 이용되는 광학 요소의 수를 감소시킬 수 있다. 게다가, 일 실시예에서, 에지 베젤 영역의 크기 또는 광학 밸브의 적절한 폭 과다가 감소되어 부피를 감소시킬 수 있다. 추출 특징부는 제1 입력 측면으로부터 제2 반사 측면으로 광학 밸브를 통과하는 광에 대해 실질적으로 광 지향 기능을 갖지 않으며, 따라서 광 반사 측면의 긴 후방 작동 거리가 달성될 수 있고 또한 광학 밸브의 작은 두께도 달성될 수 있다. 그에 부가하여, 추출 특징부에 곡면을 도입하는 것은 기능적으로 곡면 단부 표면을 대체할 수 있으며, 광학 밸브 구조물의 최종 외부 치수를 작은 핸드헬드 장치와 더 잘 맞게 만든다. 곡면을 갖는 추출 특징부에 대해서는 본 명세서에 더 상세히 논의할 것이다.The optical valve may be a freestanding, single molded unit having a thickness that can be adjusted appropriately for different display platforms. In addition, the trade-off may be a loss of optical efficiency as the thickness decreases. In addition, a relatively low thickness and low cost eyeglass stereoscopic display can be achieved, and the number of optical elements used in a spectacles stereoscopic display can be reduced while improving optical quality. In addition, in one embodiment, the size of the edge bezel area or the appropriate width of the optical valve can be reduced to reduce the volume. The extraction feature does not have a substantially light directing function with respect to light passing through the optical valve from the first input side to the second reflective side and thus a long rear working distance of the light reflective side can be achieved and also a small thickness Can also be achieved. In addition, introducing a curved surface to the extraction feature can functionally replace the curved end surface, making the final external dimensions of the optical valve structure better fit with small handheld devices. Extraction features with curved surfaces will be discussed in greater detail herein.
앞서 논의한 바와 같이, 일 실시예의 구조물은 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있고, 얇은 단부(407)에 있는 2개 이상의 LED 방출기 및 다른 두꺼운 단부(409) 또는 반사 단부에 있는 반사 곡면을 갖는 광학 밸브를 포함하고 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광학 밸브 구조물에 들어가는 광은 x-방향을 따라 전파할 수 있고, y-방향을 따라 확장될 수 있다. 추출 특징부(430)는 광에 영향을 주지 않을 수 있고, 광이 어떻게 안내될 수 있는지에 영향을 주지 않을 수 있는데, 그 이유는 추출 특징부(430)가 임계각 θc를 초과할 수 없는 광선으로부터 광학적으로 은폐될 수 있기 때문이며, 여기서 z-축에 대해As discussed above, the structure of one embodiment is shown in Figs. 4A and 4B, and includes two or more LED emitters at the
θc = sin-1(1/n)? c = sin -1 (1 / n)
이고, n은 광학 밸브 물질의 굴절률이다. 광의 xz 각도 프로파일은 도 3a 및 도 3b에 대해 기술된 쐐기형 도파관 구조물과 달리 실질적으로 변하지 않은 채로 있을 수 있다. 광원으로부터 멀리 떨어져 있는 원단에서 또는 광학 밸브(410)의 두꺼운 단부(409)에서, 광이 z-축에 실질적으로 평행하지만 xy 평면에서 곡면일 수 있는 단부 표면에 입사할 수 있다. 이 곡면은 직교 xz 각도 프로파일을 실질적으로 유지하면서 동일한 xy 평면에서 각도들을 따라 광을 결상시키는 기능을 할 수 있다. 광은 발산 빔을 형성할 수 있고, 광을 상실하거나 수렴 빔을 형성하고 에지를 조명하지 못할 수 있으며, 따라서 큰 베젤 또는 폭 과다를 적절하게 만들 수 있다.And n is the refractive index of the optical valve material. The xz angular profile of the light may remain substantially unchanged unlike the wedge-shaped waveguide structures described for Figs. 3a and 3b. At the farthest away from the light source, or at the
구조물의 대칭축으로부터 원래의 광원 입력의 y-축을 따른 오프셋은 제2 방향에서의 대략 평행화된 반환 광선이 -x축에 대한 각도 ~ψ로 전파하게 할 수 있다. 반환 광선은 추출 특징부의 표면으로부터 반사될 수 있고, 이는 z-축 쪽으로의 편향 및 도파관으로부터의 추출을 야기할 수 있다. 추출 특징부의 대략 45° 배향된 표면으로부터의 반사는 실질적으로 xz 각도 확산 θ/n(공기에서 ) 및 안내된 광의 오프셋 각도 ψ를 유지할 수 있지만, 안내된 광의 오프셋 각도 ψ는 광이 -x 축이 아니라 z-축에 가깝게 전파하게 할 수 있다. 대략 45° 반사는 또한 대략 광의 중심을 대략 Φ=0°일 수 있는 xz 평면에서의 출구면의 법선에 오도록 할 수 있다. xz 각도 프로파일이 약간 수정될 수 있는데, 그 이유는 추출 특징부 표면에 입사하는 높은 각도의 광선이 TIR 실패로 인해 감쇠될 수 있다. 한 예에서, x-축으로부터 대략 -50도와 대략 5도 사이에 있을 수 있는 광선이 양호한 효율로 반사될 수 있고, 대략 5도 초과일 수 있는 광선은 추출 표면을 통해 이탈하여 광학적으로 손실될 수 있다. 광학적으로 손실된 광선은 높은 각도의 광선일 수 있다. 하부를 은도금하는 것은 높은 각도의 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 광을 안내하는 동안의 전파 손실에 대한 대가일 수 있다. 안내된 광의 오프셋 각도 ψ에 대해서는 적어도 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련하여 더 상세히 논의할 것이다.An offset along the y-axis of the original light source input from the symmetry axis of the structure may cause the approximately parallelized return light in the second direction to propagate to an angle ~ x with respect to the -x axis. The return beam can be reflected from the surface of the extraction feature, which can cause deflection towards the z-axis and extraction from the waveguide. Reflections from the approximately 45 ° oriented surface of the extraction feature are substantially parallel to the xz angular spreading [theta] / n ) And the offset angle? Of the guided light, but the offset angle? Of the guided light can cause the light to propagate close to the z-axis instead of the -x axis. The approximately 45 [deg.] Reflection can also cause the center of approximately the light to come to the normal of the exit plane in the xz plane, which may be approximately [phi] = 0 [deg.]. The xz angle profile can be modified slightly because the high angle of light incident on the extraction feature surface can be attenuated due to TIR failure. In one example, light rays, which may be between about -50 and about 5 degrees from the x-axis, can be reflected with good efficiency, and light rays that may be greater than about 5 degrees can be optically lost have. The optically lost ray may be a high angle ray. Silver plating of the bottom can improve the extraction efficiency of high angle light, which can be a price for propagation loss while guiding light. The offset angle? Of the guided light will be discussed in greater detail at least with respect to Figures 5A, 5B and 5C.
도 5a는 yz 평면에서의 지향된 출력을 나타내는 광학 밸브 구조물의 상면도를 나타낸 개략도이고, 도 5b는 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제1 측면도를 나타낸 개략도이며, 도 5c는 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제2 측면도를 나타낸 개략도이다.5a is a schematic view showing a top view of an optical valve structure showing a directed output in the yz plane, Fig. 5b is a schematic view showing a first side view of the optical valve structure of Fig. 5a, Fig. 5c is a cross- Fig.
도 5a의 상면도(550)는 xy 평면에 예시되어 있고, 광학 밸브(510)를 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(505)를 포함하고 있다. 도 5c의 제2 측면도(500)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(505), LCD(520), 및 광학 밸브(510)를 포함하고 있다. 도 5b의 측면도(525)는 도 5a의 상면도(550)의 대안의 도면이고, 또한 LED(505), LCD(520), 추출 특징부(530) 및 광학 밸브(510)를 포함하고 있다. 그에 따라, 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 LED(505)는 서로에 대응할 수 있고, 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 광학 밸브(510)는 서로에 대응할 수 있다. 게다가, 도 5b에 도시된 바와 같이, 광학 밸브(510)는 얇은 단부(507) 및 두꺼운 단부(509)를 가질 수 있다. 따라서, 두꺼운 단부(509)는 오목 또는 볼록 거울을 형성할 수 있다.The
도 5c에 예시된 바와 같이, 광학 밸브(510)의 입구의 두께 t 및 광학 밸브(510)의 두께 T가, 각각, 적어도 시스템 에텐듀 및 효율에 의해 결정될 수 있다. yz 평면에서의 시스템 에텐듀는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 출사동(exit pupil) 또는 아이박스(eyebox)의 수직 y 범위에 의해 결정된다. 예로서, 수직 창 범위(vertical window extent)가 대략 Δ/2인 것이 바람직할 수 있고, 여기서 Δ는 대략적으로 눈과 디스플레이 사이의 거리(통상적으로, 300 mm임)일 수 있다. xz 각도 범위 θ는 대략 2.tan-1(1/4) 또는 대략 30°일 수 있고, 이는 x-축을 중심으로 한 대략 20°의 대략 θ/n 확산의 내부 xz 각도로 변환될 수 있다. 공기 중에서의 LED의 통상적인 출력 확산은 대략 100°일 수 있고, 도파관에서는 대략 65°일 수 있다. 이와 같이, 대략 일치하기 위해, LED 각도 범위가 대략 절반으로 된다. 테이퍼져 있는 도파관 등의 적당한 빔 확산기가 사용된다고 가정할 때, 에텐듀 보존은 도파관 입구의 대략적인 크기 t가 LED 발광 영역의 크기의 대략 2배일 수 있다는 것을 규정할 수 있다. 소형 플랫폼에 대한 통상적인 LED는 대략 0.5 mm 폭일 수 있고, 이는 대략 t = ~1 mm로서 입구 개구부의 크기를 제공할 수 있다.The thickness t of the entrance of the
효율의 손실을 결정하기 위해 출구 개구부 크기 T 대 입구 크기 t의 비가 이용될 수 있는데, 그 이유는 입구 개구부에 충돌하는 돌아오는 광이 시스템으로부터 효과적으로 상실될 수 있기 때문이다. 그러면, 최소 크기는 대략 50% 효율에 대해 대략 2 mm일 수 있지만, T ~3mm는 더 나은 효율/두께 트레이드오프를 제공할 수 있다.A ratio of the exit opening size T to the inlet size t may be used to determine the loss of efficiency because the returning light impinging on the entrance opening may be effectively lost from the system. Then, the minimum size may be approximately 2 mm for approximately 50% efficiency, but T ~ 3 mm may provide better efficiency / thickness tradeoffs.
주로 제조 후에 얻어진 추출 특징부의 형태에 의해 추출 특징부의 수가 제한될 수 있다. 실제의 추출 특징부는 실제의 제조 방법을 사용하는 것으로부터의 제조 오차를 포함할 수 있다. 이들 오차는 통상적으로, 예를 들어, 몰드를 제조한 절삭 공구의 크기에 관련된 유한 크기를 가질 수 있다. 추출 특징부가 작은 경우에, 오차는 전체 추출 특징부의 보다 큰 비율일 수 있고, 최적이 아닌 성능을 가져올 수 있다. 이와 같이, 추출 특징부 크기가 예상된 최종 형태 또는 충실도에 부합할 수 있도록, 추출 특징부에 대한 합리적인 크기가 선택될 수 있다. 추출 특징부의 수가 적을수록, 특징부 크기가 크고, 에지가 비교적 덜 둥글다. 둥근 에지는 광학 밸브 내에서 전파하는 광의 각도 범위를 확장시키는 경향이 있을 수 있고, 원하지 않는 누설을 야기할 수 있다. 대략 10 μm의 실시가능한 계단 크기 δ를 가정하면, 계단의 수 N은 대략 (T-t)/δ ~ 200일 수 있다. 가로 입체 모드(landscape stereoscopic mode)에서의 이동 전화 디스플레이의 예에서, 계단 피치 p는 d/Ns ~ 250 μm일 수 있다. 통상적인 이동 전화는 78 μm 픽셀 피치를 가질 수 있고, 따라서 모아레 효과를 피하기 위해 x축을 따른 출력 광의 확산이 도입될 수 있다. 1차적으로 출사동의 수직 범위를 대략 보존하고 나가는 광학장(outgoing optical field)을 스크램블링하기 위해, 대략 30°의 확산각으로 충분할 수 있다. 이 효과를 달성하기 위해, 예를 들어, Luminit (미국 캘리포니아주 토렌스에 본사를 둔 회사)의 1D 홀로그래픽 확산기가 이용될 수 있다.The number of extraction features can be limited primarily by the shape of the extraction features obtained after manufacture. The actual extraction features may include manufacturing errors from using actual manufacturing methods. These errors can typically have a finite size, for example, related to the size of the cutting tool making the mold. In case the extraction feature is small, the error can be a greater proportion of the total extraction feature and can lead to non-optimal performance. As such, a reasonable size for the extraction feature can be selected such that the extraction feature size can match the expected final shape or fidelity. The smaller the number of extraction features, the larger the feature size, and the lesser the edge is. The rounded edge may tend to expand the angular range of light propagating within the optical valve and may cause unwanted leakage. Assuming a practicable step size delta of approximately 10 [mu] m, the number of steps N may be approximately (T-t) / delta to 200. In the example of a mobile phone display in landscape stereoscopic mode, the step pitch p may be d / Ns ~ 250 [mu] m. A typical mobile phone may have a 78 μm pixel pitch, so diffusion of output light along the x-axis can be introduced to avoid the moiré effect. A diffusing angle of approximately 30 [deg.] May suffice to primarily preserve the vertical extent of the exit aperture and scramble the outgoing optical field. To achieve this effect, for example, 1D holographic diffusers from Luminit (a company based in Torrance, CA) can be used.
곡면 경면(curved mirrored surface)은 1D 결상 요소와 유사한 기능을 할 수 있다. 국소화된 광 박스(light box) 또는 출사동이 개별적인 LED의 1차원 결상을 통해 시청자의 평면에 형성될 수 있다. 곡면 반사 표면의 최소 처짐(minimal sag)을 가정하면[얇은 렌즈 가정(thin lens assumption)이라고도 할 수 있음], 결상 조건은 대략 통상적인 수식 1/u + 1/v = 1/f에 의해 기술될 수 있다. 여기서 f는 곡면 반사 표면의 초점 거리로서 대략 곡률 반경 r의 1/2과 같을 수 있고, u는 LED와 단부면 사이의 거리이며, v는 시청자까지의 광학 경로 길이로서 대략 n.Δ일 수 있다. 그러면, 곡률 반경은 다음과 같을 수 있다:A curved mirrored surface can function similar to a 1D imaging element. A localized light box or exit beam can be formed in the viewer's plane through one-dimensional imaging of the individual LEDs. Assuming a minimal sag of the curved reflective surface (which may be referred to as a thin lens assumption), the imaging conditions are described by the approximate
통상적인 이동 전화 값에 대해, r은 대략 90 mm일 수 있다.For a typical mobile phone value, r may be approximately 90 mm.
곡면의 처짐이 상당한 다른 경우에, 곡률 반경은 다음과 같을 수 있다:In other cases where the deflection of the curved surface is significant, the radius of curvature may be:
도 5a, 도 5b 및 도 5c에 예시된 실시예는 사실상 LED의 확대된 버전일 수 있는 아이박스를 생성할 수 있다. 다시 기하학적 렌즈 관점에서 볼 때, 아이박스 크기의 비 Σ/s는 대략 기하학적 비 nΔ/d ~ 5와 동등할 수 있다. 아이박스의 위치가 Ω/ω = Σ/s ~ 5에 의해 결정될 수 있는 대략적인 LED 위치로부터 유사하게 스케일링될 수 있다. 머리 위치 유연성을 제공하기 위해, 2개의 LED의 발광 영역 사이의 최소 간극에서 아이박스는 대략 양안 거리(inter-ocular distance) 또는 대략 65 mm의 폭일 수 있다. 이 예시적인 경우에, 각각의 LED 발광 영역은 얇은 단부의 중간으로부터 대략 65/5 또는 대략 13 mm까지 연장될 수 있다. 곡면 원통형 렌즈 표면이 도 11에 도시된 바와 같이 프레넬 등가물로 대체될 수 있고, 이에 대해서는 본 명세서에서 추가로 논의할 것이다. 그렇지만, 이것이 단부 표면이 최종 디스플레이 영역을 초과할 수 있는 범위를 감소시킬 수 있지만, 이는 또한 단가를 증가시킬 수 있다.The embodiment illustrated in Figures 5A, 5B, and 5C may create an eye box that may in fact be an enlarged version of the LED. Again from a geometrical lens standpoint, the ratio Σ / s of the eye box size can be approximately equal to the geometric ratio nΔ / d~5. The position of the eye box can be similarly scaled from the approximate LED position that can be determined by? /? =? / S ~ 5. To provide head positioning flexibility, the eye box at the minimum clearance between the light emitting areas of the two LEDs may be approximately the inter-ocular distance or approximately 65 mm wide. In this exemplary case, each LED light emitting area can extend from the middle of the thin end to about 65/5 or about 13 mm. The curved cylindrical lens surface can be replaced by a Fresnel equivalent, as shown in Figure 11, which will be discussed further herein. However, this can reduce the extent to which the end surface can exceed the final display area, but it can also increase the unit cost.
도 6은 광학 밸브의 다른 실시예를 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 6은 투명한 물질일 수 있는 광학 밸브(601)을 포함하는 실시예를 단면도로 나타낸 것이다. 도 6의 실시예에서, 광학 밸브(601)는 조명 입력 측면(602), 반사 측면(604), 평면인 제1 광 지향 측면(606), 및 안내 특징부(610) 및 광 추출 특징부(612)를 포함하는 제2 광 지향 측면(608)을 가진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 조명 요소의 어레이(615)의 조명 요소(614)로부터의 광선(616)은 실질적으로 광학 밸브(601) 내에서 측면(606)에 의한 내부 전반사 및 안내 특징부(610)에 의한 내부 전반사에 의해 경면일 수 있는 반사 측면(604)으로 안내될 수 있다. 조명 요소의 어레이(615)는, 한 예에서, 어드레싱가능한 LED 어레이일 수 있다. 일반적으로, 도 6 내지 도 25에서, 유사한 번호가 부여된 요소는 서로 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서의 광학 밸브는 601로 표시되어 있을 수 있고, 도 7a에서의 광학 밸브는 701로 표시되어 있을 수 있으며, 도 13의 광학 밸브는 1301로 표시되어 있을 수 있고, 이하 마찬가지이다.Fig. 6 is a schematic view showing another embodiment of the optical valve in a sectional view. Fig. 6 is a cross-sectional view of an embodiment including an
도 6에 대한 논의를 계속하면, 광선(618)은 측면(604)에 의해 반사될 수 있고, 또한 광학 밸브(601) 내에서 측면(604)에서의 내부 전반사에 의해 실질적으로 안내될 수 있으며, 안내 특징부(612)에 의해 반사될 수 있다. 추출 특징부(612)에 입사할 수 있는 광선(618)은 광학 밸브의 안내 모드로부터 멀어지는 쪽으로 편향될 수 있고, 광선(620)으로 나타낸 바와 같이, 실질적으로 측면(604)을 통해 무안경 입체 디스플레이의 시청 창(626)을 형성할 수 있는 광학 동공(optical pupil)으로 지향될 수 있다. 시청 창(626)의 폭은 주로 조명기의 크기, 출력 설계 거리 그리고 측면(604) 및 특징부(612)에서의 광 굴절력에 의해 결정될 수 있다. 시청 창의 높이는 주로 특징부(612)의 반사 원추각 및 입력 측면에서의 조명 원추 각도 입력에 의해 결정될 수 있다.6, light 618 may be reflected by
도 6의 광학 밸브는, 예를 들어, 한쪽 단편에서의 몰딩에 의해 또는 특징부(610, 512)를 포함하는 몰딩된 필름을 단부(602, 604)를 갖는 쐐기-형상의 구조물에 부착하는 것에 의해 형성될 수 있다. 광학 밸브(601)는 유리 또는 아크릴 또는 PET(이들로 제한되지 않음)와 같은 중합체 물질 등의 물질을 단독으로 또는 결합하여 사용하여 형성될 수 있다. 유익하게도, 본 실시예의 광학 밸브는 낮은 단가 및 높은 투과율로 형성될 수 있다.The optical valve of FIG. 6 may be used, for example, by molding on one side or by attaching a molded
도 7a는 제1 조명 요소에 의해 조명되고 곡면 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도이다. 도 7a는 광학 밸브(701)에서 발광 요소(light emitting element)(714)로부터의 광선의 추가적인 안내를 평면도로 나타낸 것이다. 각각의 출력 광선은 각자의 조명기(714)로부터 동일한 시청 창(726) 쪽으로 지향될 수 있다. 이와 같이, 도 7a의 광선(730)은 창(726)에서 광선(720)과 교차할 수 있거나, 광선(732)으로 나타낸 바와 같이, 창에서 상이한 높이를 가질 수 있다. 광학 밸브의 측면(722, 724)은 투명하거나, 경면(mirrored)이거나, 톱니 모양(serrated)이거나, 흑화된(blackened) 표면(이들로 한정되지 않음) 등일 수 있다.Figure 7a is a schematic diagram in schematic plan view of an optical valve illuminated by a first illumination element and including a curved light extraction feature. 7A is a top plan view of additional guidance of light from a
도 7a에 대한 논의를 계속하면, 광 추출 특징부(712)는 가늘고 길며 곡면일 수 있고, 광 지향 측면(708)의 제1 영역(734)에서의 광 추출 특징부(712)의 배향은 광 지향 측면(708)의 제2 영역(736)에서의 광 추출 특징부(712)의 배향과 상이할 수 있다.7A, the
도 7b는 제2 조명 요소에 의해 조명되는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도이다. 도 7b는 어레이(715)의 제2 조명기 요소(738)로부터의 광선(740, 742)을 포함하고 있다. 측면(704)에서의 거울의 곡률 및 광 추출 특징부는 협력하여, 시청 창(726)으로부터 측방으로 분리되어 있을 수 있는, 조명기(738)로부터의 광선을 갖는 제2 시청 창(744)을 생성할 수 있다.Fig. 7B is a schematic diagram showing a schematic plan view of an optical valve illuminated by a second illumination element. Fig. Figure 7b includes
도 7a 및 도 7b의 실시예는 시청 창(726)에서 조명기 요소(714)의 실상(real image)을 제공할 수 있는 반면, 이 실상은 반사 측면(704)에서의 광 굴절률 및 영역(734)과 영역(736) 사이의 가늘고 긴 광 추출 특징부(712)의 상이한 배향으로 인해 생길 수 있는 광 굴절력의 협력에 의해 형성될 수 있다. 게다가, 도 7a 및 도 7b의 실시예는 시청 창(726)에서의 측방 위치에 대해 발광 요소(714)의 결상의 향상된 수차를 달성할 수 있다. 향상된 수차는, 낮은 크로스토크 레벨을 달성하면서, 무안경 입체 디스플레이의 확장된 시청 자유도를 달성할 수 있다. 한 예에서, 확장된 시청 자유도는 양호한 성능으로 3D가 시청될 수 있는 보다 큰 각도 또는 대략 5% 미만일 수 있는 낮은 크로스토크를 포함할 수 있다.The embodiment of Figures 7A and 7B may provide a real image of the
도 7c는 선형 광 추출 특징부를 포함할 수 있는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도이다. 도 7c는 광 추출 특징부가 선형이고 실질적으로 서로 평행한 도 4a 및 도 4b와 유사한 구성을 나타낸 것이다. 도 7c의 실시예는 디스플레이 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 조명을 제공할 수 있고, 도 7a 및 도 7b의 곡면 특징부보다 제조하기가 더 편리할 수 있다.7C is a schematic diagram showing a schematic plan view of an optical valve that may include a linear light extraction feature. Figure 7c shows a similar arrangement to Figures 4a and 4b in which the light extracting features are linear and substantially parallel to one another. The embodiment of Figure 7c may provide substantially uniform illumination over the display surface and may be more convenient to manufacture than the curved surface features of Figures 7a and 7b.
도 8은 광학 밸브를 사용하는 무안경 입체 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다. 도 8은 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이 장치를 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 조명 요소의 어레이(815) 및 광학 밸브(801)는 시청 창의 어레이(846)를 제공하도록 배열되어 있을 수 있다. 창 근방에 있는 관찰자를 감지하기 위해 CCD 또는 CMOS 센서 등의 센서(850)가 이용될 수 있고, 관찰자 위치를 계산하기 위해 관찰자 추적 시스템(852)이 사용될 수 있다. 조명기 제어기(854)는 조명기 어레이의 올바른 설정을 결정할 수 있음으로써, 시청 창 세트(856)에 대응하는 조명기 요소가 제1 조명 단계 동안 조명될 수 있고 시청 창 세트(858)에 대응하는 조명기 요소가 제2 조명 단계 동안 조명될 수 있도록 되어 있다. 제어기(854)는 관찰자 위치에 따라 어레이(815)의 어느 조명 요소가 조명되는지를 조절할 수 있다. 영상 디스플레이가 LCD 등의 투과형 공간 광 변조기 디스플레이(transmissive spatial light modulator display)(848)에 의해 제공될 수 있고, 광학 밸브(801)와 시청 창 어레이(846) 사이에 위치될 수 있다. 창 어레이(856)의 조명에 대응할 수 있는 제1 조명 단계에서, 좌안 영상이 디스플레이(848) 상에 제시될 수 있고, 창 어레이(858)의 조명에 대응할 수 있는 제2 조명 단계에서, 우안 영상이 디스플레이(848) 상에 제시될 수 있다.8 is a schematic view showing an eyeglass stereoscopic display apparatus using an optical valve. Figure 8 shows an observer tracking non-eyeglass stereoscopic display device. 8, the array of
도 8의 실시예는 움직이는 관찰자에 대해 낮은 레벨의 플리커를 갖는 넓은 시청 자유도의 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이를 달성할 수 있다. 광학 밸브에 걸쳐 추출 특징부(812)의 배향을 변화시키는 것에 의해, 어레이(846)의 창의 광학 품질이 향상될 수 있다. 이와 같이, 관찰자에 대한 크로스토크에 부가하여, 창 평면에서의 조명 균일성이 최적화될 수 있다. 이 실시예는 얇은 패키지 내에 LCD를 가자는 방향성 백라이트로서 구성되어 있을 수 있는 얇은 광학 밸브를 제공할 수 있다. 게다가, 도 8의 실시예는 부가의 광 조정 필름을 이용하지 않을 수 있는데, 그 이유는 출력이 실질적으로 전방 방향으로 지향될 수 있기 때문이다. 그에 부가하여, 금속 도금된 표면으로부터의 반사보다는 대체로 TIR 반사를 사용함으로써 광학 밸브의 효율이 변화될 수 있다. 광 추출은 실질적으로 광 지향 측면(804)을 통할 수 있는데, 그 이유는 광 측면(808)을 통한 광 손실이 실질적으로 더 낮을 수 있기 때문이다.The embodiment of FIG. 8 can achieve wide viewing freedom of the observer-tracking non-ocular stereoscopic display with low level of flicker for moving observers. By changing the orientation of the
도 9는 평면 반사 측면(planar reflective side)을 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 9는 평면 반사 측면(904)을 포함하는 광학 밸브의 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 광 추출 특징부(912)는 실질적으로 발광 요소 어레이(915)로부터의 광선(960)을 창 어레이(946) 쪽으로 지향시키도록 구성되어 있을 수 있다. 그렇지만, 측면(904)은 광 굴절력을 거의 내지 전혀 갖지 않을 수 있는 거울 등의 반사 표면일 수 있고, 따라서 광 굴절력이 광 추출 특징부(912)에 의해 제공될 수 있다. 도 9의 실시예는 공간 광 변조기의 면적에 대략 일치될 수 있는 광학 밸브의 작은 총 면적을 달성할 수 있다. 이것은 총 디스플레이 크기를 감소시킬 수 있다. 구체적으로는, 측면(904)의 곡률의 처짐 하에 있는 대략적인 면적이 실질적으로 제거될 수 있다.Figure 9 is a schematic view showing an optical valve including a planar reflective side. Figure 9 illustrates a further embodiment of an optical valve comprising a planar
도 10a는 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이고, 도 10b도 역시 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 10a 및 도 10b는 부가의 프레넬 렌즈(1062)가, 각각, 평면 및 곡면 측면(1004)을 갖는 광학 밸브의 출력에 배치되어 있을 수 있는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 프레넬 렌즈는, 조명 요소의 어레이(1015)로부터의 광을 시청 창 어레이(도면에 도시되어 있지 않음) 쪽으로 실질적으로 지향시키기 위해, 측면(1004) 및 광 추출 특징부(1012)와 협력하도록 구성되어 있을 수 있다. 프레넬 렌즈는 구형 또는 원통형 형태를 가질 수 있고, 여기서 이 형태는 창(도면에 도시되어 있지 않음)의 수직 높이에 의존할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브의 광 굴절력이 측면(1004), 광 편향 특징부(light deflection feature)(1012) 및 프레넬 렌즈 사이에 분산되어 있을 수 있고, 이는 창(도면에 도시되어 있지 않음)의 어레이에서의 창 구조물의 열화를 감소시킬 수 있으며, 따라서 시청 자유도를 증가시키고 영상 크로스토크를 감소시키면서 창 평면에서의 움직이는 관찰자에 대한 낮은 레벨의 플리커를 유지할 수 있다.FIG. 10A is a schematic view showing an optical valve including a Fresnel lens, and FIG. 10B is a schematic view showing an optical valve including another Fresnel lens. FIG. 10A and 10B illustrate additional embodiments in which
도 10c는 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 추가의 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 10c에서, 프레넬 렌즈(1062) 축은 광학 밸브의 중심에 비해 오프셋되어 있을 수 있고, 그에 따라 디스플레이의 중심의 축(1064)이 렌즈의 중심의 축(1066)에 대해 상이한 위치에 있을 수 있다. 도 10c의 실시예는 추출 특징부로부터의 공칭 출력광 방향을 그렇지 않았을 경우보다 더 축상에 있도록 천이시킬 수 있다. 게다가, 도 10c의 실시예는 더 밝은 디스플레이를 제공할 수 있는데, 그 이유는 적당한 축상 밝기를 제공하기 위해 수직 확산을 이용하지 않을 수 있기 때문이다.10C is a schematic view showing a further optical valve including another Fresnel lens. 10C, the axis of the
도 11은 대안의 반사 단부를 갖는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 광학 밸브는 프레넬 등가물(1120)로 대체될 수 있는 곡면 또는 종래의 평행화 쐐기부(1110)를 가질 수 있다.11 is a schematic view showing an optical valve having an alternative reflective end; As shown in FIG. 11, the optical valve may have a curved surface or a conventional
도 12는 수직 확산기(vertical diffuser)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 12는, 수평 방향에서의 산란을 그다지 증가시키는 일 없이, 창의 수직 높이를 증가시킬 수 있는 원추각(1270)으로의 입력 광선(1220)의 확산을 제공하기 위해 수직 확산기(1268)가 배열되어 있을 수 있는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 그에 부가하여, 어레이(1246) 내의 인접 창 사이의 크로스토크를 증가시키는 일 없이, 수직 시야각이 증가될 수 있다. 수직 확산기는 비대칭 산란 표면, 양각 구조물, 렌티큘러 스크린(이들로 제한되지 않음) 등을 비롯한 다양한 유형의 물질일 수 있다. 수직 확산기는 프레넬 렌즈와 협력하도록 배열되어 있을 수 있고, 이는 수평축을 중심으로 한 회전에 대해 높은 디스플레이 균일성을 제공할 수 있다.12 is a schematic diagram showing an optical valve including a vertical diffuser. 12 shows a vertical diffuser 1268 arranged to provide diffusion of the input light 1220 to the cone angle 1270 which can increase the vertical height of the window without significantly increasing the scatter in the horizontal direction Lt; RTI ID = 0.0 > embodiment. ≪ / RTI > In addition, the vertical viewing angle can be increased without increasing the crosstalk between adjacent windows in the array 1246. Vertical diffusers can be various types of materials, including asymmetric scattering surfaces, relief structures, lenticular screens, and the like. The vertical diffuser may be arranged to cooperate with the Fresnel lens, which may provide high display uniformity for rotation about a horizontal axis.
도 13은 무안경 입체 디스플레이를 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 13은 광학 밸브(1), 프레넬 렌즈(1362), 수직 확산기(1368), 및 투과형 공간 광 변조기(1348)를 포함하는 무안경 입체 디스플레이가 조명기 어레이(1314)의 조명기 요소로부터의 무안경 입체 시청 창(1326)을 제공하도록 배열될 수 있다는 것을 나타낸 것이다. 공간 광 변조기(1348) 및 프레넬 렌즈(1362)의 구조물 및 광 추출 특징부(1312) 사이의 모아레 간섭(Moire beating)을 감소시키기 위해 확산기(1368)와 프레넬 렌즈(1362) 사이에 간극이 제공될 수 있다.Fig. 13 is a schematic view showing a spectacle-free stereoscopic display in a sectional view. Fig. Figure 13 illustrates a non-eyeglass stereoscopic display comprising an
일부 실시예에서, 광학 밸브(1301)의 가장자리에 있는 영역에서의 광 추출 특징부(1312)의 밀도는 광학 밸드(1301)의 중앙에서의 밀도보다 더 낮을 수 있다. 이러한 배열로 인해 디스플레이 장치의 영역에 걸쳐 불균일한 세기가 얻어질 수 있다. 도 14는 분리된 가늘고 긴 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 14는, 유익하게도 더 높은 디스플레이 세기 균일성을 달성하기 위해, 부가의 분리된 가늘고 긴 광 추출 특징부(1472)가, 예를 들어, 연속적인 광 추출 특징부(1474) 사이에 배열될 수 있다는 것을 나타낸 것이다.In some embodiments, the density of the light extracting feature 1312 in the region at the edge of the optical valve 1301 may be lower than the density in the center of the optical bed 1301. This arrangement can result in non-uniform intensity across the area of the display device. 14 is a schematic view showing an optical valve including a separate elongated light extracting feature. 14 illustrates that additional discrete elongated light extraction features 1472 may be arranged between, for example, successive light extraction features 1474, advantageously to achieve higher display intensity uniformity. .
도 15는 가변 기울기 및 높이를 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 15는 광 추출 특징부 및 안내 특징부(1576, 1578)의 개략적인 배열을 단면도로 나타낸 것으로서, 여기서 광 추출 특징부의 높이 및 기울기는 제2 광 지향 측면(1508)에 걸쳐 변할 수 있다. 유익하게도, 수직 확산 특성을 제공하기 위해 기울기가 조절될 수 있는 반면, 특정의 영역에 대해 광학 밸브로부터 추출될 수 있는 광의 양을 조절하기 위해 높이가 변화될 수 있다.15 is a schematic view showing a cross-sectional view of an optical valve including a light extracting feature having a variable slope and a height. 15 is a cross-sectional view of a schematic arrangement of light extracting features and guiding
도 16a는 광 추출 특징부에 대한 다수의 반사면(reflecting facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16a는 광 추출 특징부(1673)가 다수의 평면 표면에 의해 제공될 수 있는 실시예이다. 도 16b는 광 추출 특징부에 대한 볼록면(convex facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함할 수 있는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16b는 볼록 광 추출 특징부(1675)의 한 구성을 나타낸 것인 반면, 도 16c는 볼록 광 추출 특징부(1675) 및 오목 광 추출 특징부(1677)의 결합을 나타낸 것이다. 도 16c는 광 추출 특징부에 대한 볼록면 및 오목면을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16d는 광 추출 특징부에 대한 요철면을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16d는 요철 특징부(1612) 형상을 제공하는 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 16a, 도 16b, 도 16c 및 도 16d의 실시예는, 수직 확산기(1668)를 이용하는 일 없이, 수직 확산 특성을 제공할 수 있고, 따라서 단가 및 복잡도를 감소시킨다.16A is a schematic diagram showing a cross-sectional view of an optical valve including a light extracting feature having a plurality of reflecting facets for a light extracting feature. 16A is an embodiment in which the
도 16e는 결상 방향으로 제한된 산란을 제공하도록 배열된 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브(1690)의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16e는 광 추출 특징부가, 광 확산을 위한 것일 수 있고 측방 확산이 창 평면에서 달성될 수 있도록 배열되어 있는 추출기면(extractor face)에서, 표면 변조(1695)를 가지는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 확산의 원추각이 창 구조물의 어떤 측방 블러링을 제공하기 위해 사용될 수 있지만, 수직 확산에 대해 사용되는 것보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 이러한 배열은 창 균일성을 향상시키고 움직이는 관찰자에 대한 디스플레이 플리커를 감소시키는 데 사용될 수 있다.16E is a schematic diagram showing a cross-sectional view of an
도 17은 가변 측방 두께 광학 밸브의 개요를 나타낸 개략도이다. 도 17은 추출 특징부(1712)의 높이가 광학 밸브(1701)의 폭에 걸쳐 변할 수 있고 그로써 측면(1706)의 면적에 걸쳐 더 높은 추출 균일성을 제공할 수 있는 광학 밸브(1701)(표시되지 않음)의 개략적인 배열을 나타낸 것이다. 이와 같이, 광학 밸브(1701)의 가장자리에 있는 특징부(1712)의 높이(1778)는 광학 밸드(1701)의 중앙에서의 높이(1780)보다 더 클 수 있다. 도 17의 실시예에서, 광 안내 특징부(1724)는 서로에 대해 또는 표면(1706)에 대해 평행하지 않을 수 있다. 광 안내 특징부(1710)에 대한 표면 법선 방향의 이러한 변화를 보상하기 위해 특징부(1712)의 배향이 조절될 수 있다.17 is a schematic view showing an outline of a variable lateral thickness optical valve. 17 shows an optical valve 1701 in which the height of the
도 18은 복수의 분리된 광 추출 특징부를 가질 수 있고 모아레 패턴의 감소를 제공하도록 배열되어 있는 광학 밸브를 포함하는 방향성 디스플레이의 평면도를 나타낸 개략도이다. 도 18은 특징부가 광 추출 특징부와 픽셀화된 공간 광 변조기 사이의 모아레를 감소시킬 수 있도록 배열되어 있는 가늘고 긴 광 추출 특징부의 랜덤한 배열을 개략적으로 나타낸 것이다. 2개의 주기적인 반투명 구조물이 아주 근접하여 위치되어 있을 때 모아레 패턴이 눈에 보일 수 있다. 추출 특징부의 도입 및 랜덤한 배치는 임의의 주기성을 깨뜨리고 및/또는 중단시킬 수 있고, 눈에 보이는 모아레 효과를 감소시킬 수 있다.18 is a schematic diagram showing a top view of a directional display including an optical valve that can have a plurality of separate light extracting features and is arranged to provide a reduction of the moiré pattern. 18 schematically illustrates a random arrangement of elongate light extraction features arranged to reduce moiré between the light extraction features and the pixilated spatial light modulator. Moire patterns can be seen when two periodic translucent structures are placed in close proximity. The introduction and random placement of the extraction features can break and / or interrupt any periodicity and reduce the visible moiré effect.
도 19는 곡면 반사 측면에 의해 제공되는 광 결상 옵션을 나타낸 개략도이다. 도 19는 주 광선의 광 평행화의 3가지 상이한 예를 나타낸 것이다. 도 19의 예 a는 수렴하는 주 광선을 나타낸 것이고, 예 b는 평행화된 주 광선을 나타낸 것이며, 예 c는 발산하는 주 광선을 나타낸 것이고, 이들 모두는 반사 측면으로부터 반사된 후에 제2 방향으로 전파하고 있을 수 있다. 그에 부가하여, 도 19는 광학 밸브(1901) 내에서 반사된 광의 평행화 및/또는 역평행화(de-collimation)를 실질적으로 제어하기 위해 반사 측면(1904)의 곡률이 조절될 수 있다는 것을 보여주고 있다. 유익하게도, 발산 빔은, 도 19c에 도시된 바와 같이, 광학 밸브(1901)의 비축 시청(off-axis viewing)에 대한 가장 큰 영역 이용률을 제공할 수 있다.19 is a schematic diagram showing the optical imaging option provided by the curved reflective side; 19 shows three different examples of optical parallelization of the principal ray. 19 shows a converging principal ray, example b shows a collimated principal ray, and example c shows a diverging principal ray, both of which are reflected in the second direction after being reflected from the reflective side It may be spreading. 19 shows that the curvature of the reflective side 1904 can be adjusted to substantially control the collimation and / or de-collimation of the light reflected within the optical valve 1901 Giving. Advantageously, the diverging beam can provide the greatest area utilization for off-axis viewing of the optical valve 1901, as shown in Figure 19C.
도 20은 광학 밸브에서의 광선 경로를 나타낸 개략도이다. 도 20의 기하학적 형태는 평행화된 주 광선을 디스플레이로부터 거리 V에서 시청 평면 a에 있는 대략적인 지점에 집속시키는 광학 밸브(2001) 추출 특징부의 곡률 및 기울기를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 도 20은 본 실시예의 광학 밸브(2001) 구조물에 대한 표면 법선 및 광선 방향을 개략적으로 나타낸 것이다.20 is a schematic view showing a light path in the optical valve. The geometry of FIG. 20 can be used to determine the curvature and slope of the optical valve 2001 extraction feature that focuses the collimated principal ray at an approximate point in view plane a at distance V from the display. In addition, Fig. 20 schematically shows the surface normal and the light beam direction for the optical valve 2001 structure of this embodiment.
도 21은 제1 광 지향 측면과 제2 광 지향 측면의 안내 특징부 사이에 추가의 틸트를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다.21 is a schematic diagram showing an optical valve including an additional tilt between the first light directing side and the second light directing side guide feature.
도 22는 실질적으로 평행한 측면을 갖는(substantially parallel sided) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 22는 제1 광 지향 측면(2206)과 제2 광 지향 측면의 안내 특징부(2210) 사이에 틸트각을 갖지 않는 실시예를 단면도로 나타낸 것이다.Figure 22 is a schematic view of a light beam in a substantially parallel sided optical valve in cross-section. 22 is a cross-sectional view of an embodiment having no tilt angle between the first
도 23은 테이퍼져 있는(tapered) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 22의 실시예는 [특징부(2310, 2312)를 포함하는] 광 지향 측면(2308)의 광 추출 특징부(2212)에 입사할 수 있는 광선을 광학 밸브 내에서 안내하는 것을 포함하고 있으며, 여기서 측면(2206)은 안내 특징부(2210)에 실질적으로 평행할 수 있다. 광선(2282)은 추출 특징부(2212)에 입사할 수 있고, 면(facet)에 의해 편향될 수 있지만, 광학 밸브(2201) 내에서 측면(22206)에서의 TIR에 의해 포획될 수 있다. 광선(2284)은 도시된 바와 같이 추출될 수 있지만, 광선(2286)은 또한 광 추출 특징부를 통해 투과될 수 있고, 그 결과 광학적으로 손실될 수 있다. 특징부(2310)와 측면(2306) 사이에 쐐기부를 제공하는 것은, 도 23에 도시된 바와 같이, 부가의 출력 결합 광을 제공할 수 있다. 이 경우에, 덜 급격하게 경사진 광 추출 특징부(2312)는, 3개의 입사 광선 모두에 대한 광이 실질적으로 다시 광학 밸브 내로 지향되도록, 배열되어 있을 수 있다. 광학 밸브가 도 23에 예시된 방향으로 진행하는 광에 대해 좁아지는 테이퍼일 수 있기 때문에, 측면(2306)에 입사할 수 있는 광선은 임계각을 초과하지 않을 수 있고 따라서 광학 밸브로부터 출력될 수 있다. 게다가, 출력 결합 필름(2388)이 측면(2306)의 표면에 가까운 광을 디스플레이의 축방향 방향(on-axis direction)으로 재지향시키도록 배열되어 있을 수 있다. 유익하게도, 이러한 배열은 평행한 측면을 갖는 광학 밸브보다 더 급격히 경사져 있는 특징부를 달성할 수 있다. 이러한 특징부는, 부가적인 금속 도금 코팅을 이용하는 일 없이, 광학 밸브 내의 도파관 원추각의 더 많은 부분을 반사시킬 수 있으며, 따라서 더 효율적일 수 있다.23 is a schematic view of a light beam in a tapered optical valve in cross section; The embodiment of Figure 22 includes guiding light rays that can be incident on the
도 24는 광 추출이 광학 밸브의 광 추출 특징부에서의 굴절에 의해 달성될 수 있는 무안경 입체 디스플레이를 나타낸 개략도이다. 도 24는 광 추출 특징부(2412)가 광학 밸브(2401)에서 광을 굴절시키도록 배열되어 있을 수 있는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 광 편향 구조물(light deflection structure)(2492)은 추출된 광선(2490)을 패널 출력 방향에 실질적으로 수직일 수 있는 방향으로 지향시키도록 배열되어 있을 수 있는 프리즘의 어레이를 포함할 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이 시청 창(2426)이 형성될 수 있도록, 프레넬 렌즈(2462) 및 확산기(2468)가 또한 광을 패널(2448) 상으로 지향시키도록 추가로 배열되어 있을 수 있다. 한 예에서, 면각(facet angle)은 대략 90도일 수 있다. 유익하게도, 이러한 실시예는 특징부(2412)로부터의 높은 레벨의 광 추출을 달성할 수 있다.24 is a schematic view showing a spectacles stereoscopic display in which light extraction can be achieved by refraction in the light extraction features of the optical valve. 24 illustrates a further embodiment in which the
도 25는 공기 캐비티(air cavity)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 25는 광학 밸브가 제1 및 제2 광 지향 측면(2506 및 2508)을 갖는 공기 캐비티(2598)를 포함할 수 있는 다른 실시예를 나타낸 것이다. 제1 및 제2 광 지향 측면(2506 및 2508)은, 각각, 지지 기판(2594 및 2596) 상에 배열되어 있을 수 있다. 측면(2506) 및 특징부(2510)는 추출 특징부(2512) 이외의 곳에 금속 도금될 수 있고, 따라서 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때에는 추출될 수 있지만, 제1 방향으로 전파하고 있을 때에는 추출되지 않을 수 있다. 유익하게도, 이러한 배열은 도 24의 내부 전반사 도파관 광학 밸브(2401)보다 취급 중에 덜 쉽게 손상될 수 있다.25 is a schematic view showing an optical valve including an air cavity. 25 illustrates another embodiment in which the optical valve may include an
도 26a 및 도 26b는, 각각, 광학 밸브 구조물의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 도 26a 및 도 26b는 평면 반사 단부 표면(planar reflecting end surface)을 가능하게 해줄 수 있는 곡면 추출 특징부를 이용할 수 있는 다른 실시예를 나타낸 것이다. 게다가, 또 다른 실시예에서, 후방 에지 외측 곡면(back edge outer curve)을 감소시키면서 가장자리에서의 평행화의 결여를 통한 과도한 광 손실을 피하기 위한 곡면 후방 반사 표면 및 곡면 추출 특징부(2610)가 포함될 수 있다. 더욱이, 다른 실시예는, 패널에서의 앨리어싱 문제를 실질적으로 피하기 위해, 추출 특징부를 보다 작은 격리된 특징부로 나눌 수 있다. 각각의 특징부는, 전방으로 전파하는 안내된 광에 실질적으로 영향을 주지 않으면서, 결상 조건을 위한 대략적으로 올바른 반사 각도를 제공할 수 있는 설계된 면을 여전히 구성할 수 있다.26A and 26B are schematic views showing a top view and a side view of the optical valve structure, respectively. Figures 26a and 26b illustrate another embodiment that may utilize a surface extraction feature that may enable a planar reflecting end surface. In addition, in another embodiment, a curved rear reflector surface and curved
광학 밸브 시스템의 추출 특징부는 일련의 분리된 면(separated facet)을 형성할 수 있다. 분리된 면은, 광학 밸브 표면에서의 내부 전반사(TIR)가 실패할 수 있고 광이 추출될 수 있도록, 안내된 광의 전파 각도를 변경할 수 있다. 한 예에서, 추출 특징부는 경사진 특징부가 제1 기울기를 가질 수 있도록 분리되어 있을 수 있고 제2 기울기를 갖는 안내 특징부의 구간에 의해 분리되어 있을 수 있으며, 여기서 제2 기울기는 경사진 특징부의 제1 기울기와 상이한 기울기일 수 있다.The extraction features of the optical valve system can form a series of separated facets. The separated surface can change the propagation angle of the guided light so that the total internal reflection (TIR) at the optical valve surface can fail and the light can be extracted. In one example, the extracting feature may be separate so that the inclined feature has a first slope and may be separated by a section of the guide feature having the second slope, wherein the second slope is the inclination of the
다른 기능은 각도 제어된 조명을 최적화하도록 실질적으로 소정의 방식으로 광을 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 적어도 도 5 및 도 6과 관련한 논의에서, 추출 특징부는 기울기 각도에 따라 전파 방향을 -x로부터 ~z로 변환하는 기능을 할 수 있는, 실질적으로 선형이고 균일하게 경사진 계단으로서 가정되었다. 집속, 재지향, 확산 등과 같은 기능은 확산기 및 프레넬 렌즈(이들로 한정되지 않음)를 포함할 수 있는 하나 이상의 외부 필름에 의해 제공될 수 있다. 많은 기능을 추출 특징부에 포함시키는 것은 단가를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있다.Other functions may include directing light in a substantially predetermined manner to optimize angle-controlled illumination. In at least the discussion with reference to Figures 5 and 6, the extraction feature is assumed to be a substantially linear, uniformly inclined step that can function to convert the propagation direction from -x to z according to the tilt angle. Functions such as focusing, redirecting, spreading, etc. may be provided by one or more external films, which may include, but are not limited to, diffusers and Fresnel lenses. Including many functions in the extraction feature can reduce the unit cost and improve the performance.
또 다른 실시예에서, 본 명세서에 논의된 광학 밸브 변형례들 중 임의의 것에 확산기가 포함될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 추출기 면(extractor facet)에 표면 변조를 도입하는 것은 광을 대략적으로 한 세트의 소정의 수평 및 수직 각도 내로 편향시킬 수 있고, 이는 사실상 조명 광을 확산시킬 수 있다. LED 발광 영역 사이의 물리적 간극의 결상을 블러링하게 하기 위해 확산이 이용될 수 있다. 이는 또한 색상 불균일성을 최소화하기 위해 인접한 LED 광원 사이의 광을 혼합하는 데 유용할 수 있다. 이러한 확산 표면 변조와 연관되어 있는 공간 차원이 충분히 작을 수 있고, 따라서 표면 변조가 시스템에 의해 해결되지 않을 수 있거나 조명된 디스플레이의 주기적인 픽셀과의 공간 간섭을 야기할 수 있다. 공간 간섭은 임의의 변조를 비주기적 및 의사-랜덤하게 만듦으로써 부분적으로 완화될 수 있다.In yet another embodiment, a diffuser may be included in any of the optical valve variations discussed herein. As illustrated in FIG. 5, introducing surface modulation to the extractor facet can deflect light into approximately a set of predetermined horizontal and vertical angles, which in effect can diffuse illumination light. Diffusion can be used to blur the imaging of the physical gap between the LED light emitting areas. This may also be useful for mixing light between adjacent LED light sources to minimize color non-uniformity. The spatial dimension associated with this diffusive surface modulation may be small enough so that the surface modulation may not be solved by the system or may cause spatial interference with the periodic pixels of the illuminated display. Spatial interference can be partially mitigated by making any modulation aperiodic and pseudo-random.
광 밸브 방향성 백라이트 시스템의 추출 특징부는 안내 표면에서의 내부 전반사(TIR)가 실질적으로 실패하고 광이 탈출할 수 있게 해주는 방식으로 안내된 광의 전파 각도를 변경할 수 있는 일련의 분리된 경사면을 형성할 수 있다. 분리된, 경사진, 이격된, 떨어진 등의 용어는 본 명세서에서 추출 특징부의 서로에 대한 구성을 기술하는 데 사용될 수 있다. 한 예에서, 추출 특징부는 안내 특징부에 의해 서로 분리되어 있을 수 있다. 2차적인 기능은 실질적으로 각도 제어된 조명을 최적화하도록 소정의 방식으로 광을 지향시키는 것일 수 있다. 적어도 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련한 논의에서, 추출 특징부는 기울기 각도에 따라 전파 방향을 -x로부터 ~z로 변환할 수 있는, 실질적으로 선형이고 균일하게 경사진 계단으로서 가정되었다. 집속, 재지향, 확산 등과 같은 기능이 확산기 및 프레넬 렌즈를 포함할 수 있는 하나 이상의 외부 필름에 의해 제공될 수 있지만, 추출 특징부 프로파일의 설계에 의해 제공될 수 있다.The extraction features of the light valve directional backlight system can form a series of separate slopes that can change the propagation angle of the guided light in such a way that the total internal reflection (TIR) at the guide surface substantially fails and allows light to escape have. The terms separated, tilted, spaced apart, etc. may be used herein to describe the configuration of the extraction features with respect to each other. In one example, the extraction features may be separated from each other by a guide feature. The secondary function may be to direct the light in a predetermined manner to optimize substantially angle-controlled illumination. At least in the discussion with respect to Figures 4A, 4B, 5A, 5B and 5C, the extracting feature comprises a substantially linear and uniformly inclined step, which can convert the propagation direction from -x to ~ z according to the tilt angle . Functions such as focusing, redirecting, spreading, etc., may be provided by one or more external films, which may include diffusers and Fresnel lenses, but may be provided by design of extraction feature profiles.
일 실시예에서, 추출 특징부는 시스템의 주 광선을 시청 평면에 실질적으로 집속시킬 수 있고, 이는 소형 확산기를 배제한 임의의 추가 필름의 사용을 회피할 수 있다. 시스템의 주 광선은 시스템에서의 임의의 위치에서 광선 세트의 실질적으로 중앙에 있는 광선일 수 있다. 예를 들어, 광학 밸브의 한쪽 단부에 있는 물리적으로 작은 LED 광원으로부터 전파하는 광은 단부 반사체 쪽으로 전파할 수 있는, xy 평면에서 부채꼴의 주 광선을 제공할 수 있다. 단부 반사체로부터의 반사 시에, 도 19a, 도 19b 및 도 19c에 도시된 바와 같이, 수렴, 평행화 또는 발산을 제공하기 위해, 이들 광선은 다시 xy 평면에서 수정된 각도로 전파할 수 있다. 도 19a, 도 19b 및 도 19c는 곡면 반사 측면에 의해 제공되는 광 결상 옵션을 나타낸 개략도이다.In one embodiment, the extracting feature can substantially focus the system's main beam on the viewing plane, which can avoid the use of any additional film that excludes a miniature diffuser. The primary ray of the system may be a ray substantially centered in the ray set at any position in the system. For example, light propagating from a physically small LED light source at one end of the optical valve can provide a sectorial principal ray in the xy plane that can propagate toward the end reflector. Upon reflection from the end reflector, these rays can again propagate at a modified angle in the xy plane to provide convergence, collimation or divergence, as shown in Figures 19a, 19b and 19c. Figs. 19A, 19B and 19C are schematic views showing the optical imaging option provided by the curved reflecting side surface. Fig.
도 19a에 도시된 것과 같은 수렴하는 주 광선은 가장자리로부터 멀어지는 쪽으로 이동할 수 있고, 광학 밸브 표면 영역을 조명하지 못할 수 있지만, 실질적으로 선형인 추출 특징부에 의해 시청 평면에서 추출된 광선의 실질적인 수평 국소화를 가능하게 해줄 수 있다. 디스플레이의 균일한 조명은 도파관의 수평 크기 과다를 포함시키는 것을 수반할 수 있다. 도 19c에 도시된 것과 같은 발산하는 광선이 국소 눈 동공에 광을 제공하지만 비축 LED로부터도 원하는 조명 영역을 실질적으로 채우도록 재지향될 수 있다. 광선이 많이 발산할수록, 조명기가 덜 밝을 수 있는데, 그 이유는 광이 광학 밸브의 가장자리쪽으로 광학적으로 손실될 수 있기 때문이다. 도 19b에 도시된 것과 같은 거의 평행화된 전파하는 주 광선은 적절한 절충을 달성할 수 있다.The convergent principal ray as shown in Fig. 19A can move away from the edge and not illuminate the optical valve surface area, but the substantially horizontal localization of the ray extracted from the viewing plane by the substantially linear extraction feature . ≪ / RTI > The uniform illumination of the display may involve including a horizontal magnitude excess of the waveguide. The diverging light beam as shown in Fig. 19C provides light to the local eye pupil, but can also be redirected from the pillar LED to substantially fill the desired illumination area. The more rays are emitted, the less illuminant the illuminator may have, because the light may be optically lost towards the edge of the optical valve. The nearly parallel propagating principal ray, such as that shown in Figure 19b, can achieve adequate tradeoff.
도 20의 실시예는 제한이 아니라 예로서 제공되어 있으며, x 및 y 차원에 대해 대략 150 x 200 mm의 조명 영역을 가정한다. 그에 부가하여, 계산은 좌표 원점이 도 20에 도시된 바와 같이 디스플레이 영역의 가운데에 대략 중심이 있는 것으로 가정한다.The embodiment of Figure 20 is provided by way of example, not limitation, and assumes an illumination area of approximately 150 x 200 mm for the x and y dimensions. In addition, the calculation assumes that the coordinate origin is approximately centered in the middle of the display area, as shown in Fig.
평행화된 주 광선을 시청자의 평면에 있는 지점에 집속시키는 데 사용될 수 있는 추출 특징부의 곡률 및 기울기는 도 20에 예시된 구성으로부터 도출될 수 있다. 평행화된 광선은 위치 (x,y)에서 추출 특징부와 만나기 전에 다음과 같은 전파 벡터(propagation vector)에 의해 x-축을 따라 다시 전파할 수 있다.The curvature and slope of the extraction feature that can be used to focus the collimated principal ray at a point in the viewer's plane can be derived from the configuration illustrated in FIG. The parallel rays can propagate back along the x-axis by the following propagation vector before encountering the extraction feature at position (x, y).
이 지점에서의 추출 특징부의 면은 반사된 광이 다음과 같은 정규화된 전파 벡터(normalized propagation vector)로 실질적으로 초점 (0, 0, V) 쪽으로 직접 이동할 수 있도록 하는 표면 법선 벡터 n(x,y)를 가진다:The plane of the extraction feature at this point is the surface normal vector n (x, y) that allows the reflected light to travel directly to the focal point (0, 0, V) side with a normalized propagation vector ):
V는 대략 500 mm일 수 있는 시청 거리와 대략 1.5일 수 있는 도파관의 굴절률의 곱이다. 이 예에서, V는 대략 750 mm일 수 있다.V is the product of the viewing distance, which can be approximately 500 mm, and the refractive index of the waveguide, which can be approximately 1.5. In this example, V may be approximately 750 mm.
반사 법칙은 ki로 전파하는 광선을 ko로 전파하는 광선으로 편향시키는 표면 법선 n(x,y)이 대략 다음과 같다는 것을 나타낼 수 있다.The law of reflection can indicate that the surface normal, n (x, y), which deflects the ray propagating in ki into a ray propagating in ko, is approximately:
연속적인 추출 특징 곡선은 그의 면 법선(face normal)에 직교일 수 있는 xy 평면에서의 경로를 따라갈 수 있다. 수학적으로는 다음과 같고:A continuous extraction feature curve can follow a path in the xy plane that may be orthogonal to its face normal. Mathematically:
여기서 dx 및 dy는 곡면을 따른 무한히 작은 천이일 수 있다. 이 수식을 구하면 xy 평면에서의 곡면의 국소 구배(local gradient)가 얻어질 수 있다.Where dx and dy can be infinitely small transitions along the curved surface. This equation can be used to obtain a local gradient of the curved surface in the xy plane.
도 27은 상기 국소 구배 방정식으로부터 도출될 수 있는 도파관의 중심(y=0)으로부터 가장자리(y= 100 mm)까지의 추출 특징 곡선 x(x0, y)을 나타낸 것이다. y의 마이너스 값을 포함하는 전체 곡선이 사용되지 않을 수 있는데, 그 이유는 그 곡선이 물리적 대칭성으로부터 y-축을 중심으로 편평할 수 있기 때문이다.Fig. 27 shows the extraction feature curve x (x0, y) from the center (y = 0) to the edge (y = 100 mm) of the waveguide that can be derived from the local gradient equation. the entire curve containing the negative value of y may not be used because the curve may be flat from the physical symmetry about the y-axis.
추출 특징부의 표면 법선 n은 xy 평면에 대한 그의 틸트각에 의해 기술될 수 있는데, 그 이유는 동일한 xy 평면에서의 표면 법선 배향이 추출 특징부의 곡률에 의해 결정될 수 있기 때문이다. z-축으로부터의 표면 틸트각 θ이 다음과 같이 주어질 수 있으며The surface normal n of the extraction feature can be described by its tilt angle to the xy plane since the surface normal orientation in the same xy plane can be determined by the curvature of the extraction feature. The surface tilt angle [theta] from the z-axis can be given as
여기서 k는 종래의 z-축 방향 벡터일 수 있다.Where k may be a conventional z-axis direction vector.
일 실시예에서, n은 앞서 기술되었으며,In one embodiment, n is as previously described,
도 28은 대략 x = -50, 0 및 50 mm에 중심이 있는 3개의 추출 특징부에 대한 틸트각을 나타낸 것이다.Figure 28 shows the tilt angles for the three extraction features centered at approximately x = -50, 0 and 50 mm.
다른 실시예에서, 설계는 발산 전파하는 주 광선을 집속시킬 수 있다. 한 예에서, 설계는 곡면 단부 표면을 갖지 않을 수 있다. 이 실시예에서, 은도금된 평면 표면은 광을 반사할 수 있고, 원래의 LED 발광의 xy 평면에서 발산을 실질적으로 유지할 수 있다. 이점은 제조 편의성, 임의의 곡선 처짐 아래의 불완전한 조명으로 낭비되는 면적이 보다 적은 것, 및 모든 광원이 켜질 때 더 큰 각도 편향 및 실질적으로 균일한 '2D와 같은' 성능을 위해 입구 가장자리를 LED 광원으로 채울 수 있는 것을 포함할 수 있다. 도 29는 평면 단부 표면으로부터의 발산 광 전파를 나타낸 것이다. 도 29에 도시된 기하학적 형태는 임의의 위치 (x,y)에서의 주 광선 전파 ki를 다음과 같이 제공할 수 있고:In another embodiment, the design can focus the diverging propagating principal ray. In one example, the design may not have a curved end surface. In this embodiment, the silver plated planar surface can reflect light and substantially retain the divergence in the xy plane of the original LED emission. This is advantageous because it allows the entrance edge to be touched by LED light sources for greater ease of manufacture, less area wasted by incomplete illumination below any curved deflection, and greater angular deflection and substantially uniform ' 2D-like & ≪ / RTI > 29 shows the divergent light propagation from the planar end surface. The geometric shape shown in FIG. 29 can provide the principal ray propagation ki at any location (x, y) as follows:
여기서 L은 광학 밸브의 x-차원일 수 있다. 이 실시예에서, L은 대략 150 mm일 수 있다.Where L may be the x-dimension of the optical valve. In this embodiment, L may be approximately 150 mm.
상기 분석으로부터 계속하여, 이 경우에, 추출기 곡선의 국소 구배는 다음과 같이 될 수 있다:Continuing from the above analysis, in this case, the local gradient of the extractor curve can be:
다시 말하자면, x0에서 x-축과 교차하는 곡선에 대해 곡선 프로파일 x(x0,y)이 도출될 수 있다.In other words, a curve profile x (x0, y) can be derived for a curve that intersects the x-axis at x0.
그러면, z-축에 대한 추출기 면 법선은 다음과 같이 될 수 있다:Then, the extractor plane normal for the z-axis can be:
도출된 추출기 프로파일 및 표면 틸트 값이 도 30a 및 도 30b에 예시되어 있다.The derived extractor profile and surface tilt values are illustrated in Figures 30A and 30B.
본 명세서에 기술된 실시예는 축방향 광원에 의해 시청자의 평면에 있는 단일 지점 쪽으로 방출된 광을 지향시킬 수 있다. 이들 설계는 Zemax, FRED, ASAP 등과 같은 광학 설계 패키지를 사용하여 복수의 광원을 수용하기 위해 추가로 최적화될 수 있다.The embodiments described herein can direct light emitted by a single axial source to a single point in the viewer ' s plane. These designs can be further optimized to accommodate multiple light sources using optical design packages such as Zemax, FRED, ASAP, and the like.
도 31은 제어된 백라이트를 이용하는 입체 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 31은 시청자(3105), 우안 영상(3110), 좌안 영상(3120), 및 디스플레이 시스템(3130)을 포함하고 있다. 도 31에서, 우안 영상(3110) 및 좌안 영상(3105)은, 각각, LED 등의 제1 및 제2 조명 광원과 실질적으로 동기하여 디스플레이될 수 있다. 그에 부가하여, 본 명세서에 논의된 디스플레이 시스템(3130) 및 디스플레이는 셀 전화, 스마트폰, PDA, 게임 시스템, 노트북, 랩톱, 텔레비전 시스템, 디스플레이(이들로 제한되지 않음) 등을 비롯한 다양한 유형의 장치일 수 있다. 도 31의 예에서, 2개의 LED 각각은 각각의 눈을 개별적으로 조명하기 위해 시청자에 의해 정렬될 수 있는 출사동 또는 광 박스를 제공할 수 있다. 교번하는 좌안 및 우안 입체 영상을 제공하는 디스플레이 시스템(3130)과 실질적으로 동기하여 LED를 변조하는 것은 3D 시청을 가능하게 해줄 수 있다. 디스플레이 유닛의 재료비는 2D 디스플레이의 재료비와 비슷할 수 있다. 그에 부가하여, 2D 모드에서 또는 디스플레이가 종래 방식으로 업데이트될 수 있을 때의 디스플레이 시스템(3130)의 효율이 상당히 향상될 수 있는데, 그 이유는 시청자(3105)의 눈으로부터 멀리 떨어져 있는 영역을 조명하는 광이 낭비되지 않을 수 있기 때문이다.31 is a schematic diagram of a stereoscopic display system using a controlled backlight. 31 includes a
도 32는 영상이 어떻게 다른 사람에게는 제시되지 않으면서 사용자에게 선택적으로 제시될 수 있는지를 나타낸 디스플레이 실시예의 개략도이다. 도 32는 제1 시청자(3210), 제2 시청자(3220), 및 디스플레이(3230)를 포함하고 있다. 도 32의 실시예에서, 디스플레이(3230)는 프라이버시를 제공할 수 있는데, 그 이유는 실질적으로 조명 광이 존재하지 않는 경우 다른 사람들이 디스플레이(3230)를 볼 수 없기 때문이다. 도 32의 예에서, 제1 시청자(3210)는 입체 또는 종래의 2D 영상을 볼 수 있는 반면, 대중 교통을 사용할 때의 옆자리 등의 상이한 위치에 있는 제2 시청자(3220)는 제1 시청자(3210)가 볼 수 있는 디스플레이(3230) 상의 콘텐츠를 볼 수 없다.32 is a schematic diagram of a display embodiment showing how an image can be selectively presented to a user without being presented to others. 32 includes a
2개 이상의 LED를 도입하면 다수의 아이박스를 제공하여, 머리 및/또는 장치 움직임을 자유롭게 할 수 있고, 다중 시청자 옵션을 제공할 수 있다. 시청자의 눈의 위치가, 한 예에서, 핸드헬드 장치 및 랩톱에서 흔히 찾아볼 수 있는, 외측으로 향해 있는 인보드 CCD 검출기(inboard CCD detector)를 사용하여 획득될 수 있다. 이들 2개의 시스템 기능은 도 33 및 도 34에 개략적으로 기술되어 있다.Introducing two or more LEDs can provide multiple eye boxes, freeing head and / or device movement, and providing multiple viewer options. The position of the viewer's eye can be obtained, in one example, using an outwardly directed inboard CCD detector, which is commonly found in handheld devices and laptops. These two system functions are schematically described in Figs. 33 and 34. Fig.
도 33은 장치 및 머리 또는 눈 위치가 어떻게 온보드 장치(onboard device)에 의해 검출될 수 있는지를 나타내는 개략도이다. 도 33은 장치(3310), 제1 배향(3320), 제2 배향(3330), 제1 조명 동공 세트(3325), 및 제2 조명 동공 세트(3335)를 포함하고 있다. 도 33에 도시된 바와 같이, 제1 조명 동공 세트(3325)는 우안과 동기화될 수 있는 영상 및 또한 좌안과 동기화될 수 있는 영상을 포함할 수 있다. 이 경우에, 장치(3310)는 제1 배향(3320)에 위치해 있을 수 있고, 제1 조명 동공 세트(3325)는 우안과 동기화될 수 있는 보다 적은 수의 영상 및 좌안과 동기화될 수 있는 보다 많은 수의 영상을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 도 33에 도시된 다른 경우에, 장치(3310)는 제2 배향(3330)에 위치해 있을 수 있고, 제2 조명 동공 세트(3335)는 좌안과 동기화될 수 있는 보다 적은 수의 영상 및 우안과 동기화될 수 있는 보다 많은 수의 영상을 포함할 수 있다.33 is a schematic diagram showing how the device and head or eye position can be detected by an onboard device; Figure 33 includes a
도 33에 대한 논의를 계속하면, 온보드 장치는 CCD 카메라일 수 있고, 무안경 입체 디스플레이(3310) 상에 좌안 영상 및 우안 영상을 디스플레이하는 것을 실질적으로 자동으로 동기화하는 제어 시스템에 입력을 제공할 수 있다. LED 동기화는 온보드 CCD 카메라를 사용하여 눈 추적 입력에 의해 결정될 수 있다. 도 33의 예에서, 장치 및/또는 머리 위치 입력이 교대로 디스플레이되는 좌안 및 우안 영상과 실질적으로 동기화될 수 있는 다수의 LED 조명기를 제어하는 제어 시스템에 제공될 수 있다. 그에 부가하여, 디스플레이 대역폭의 증가 없이 움직임 시차(motion parallax)를 달성하기 위해 입체 영상이 시야각에 따라 변경될 수 있다.Continuing the discussion of Figure 33, the on-board device may be a CCD camera and may provide input to a control system that substantially automatically synchronizes displaying the left eye and right eye images on the non-eye
도 34는 눈의 위치를 찾아내고 그로써 좌안 및 우안 뷰에 대한 조명 LED를 실질적으로 동기화시키기 위해 검출기를 사용하여 다중 시청자 입체 시청이 어떻게 제공될 수 있는지를 나타낸 개략도이다. 도 34는 장치(3410), 제1 시청자(3420) 및 제2 시청자(3430)를 포함하고 있다. 도 34에 예시된 바와 같이, 장치(3410)는 적어도 제1 시청자(3420) 및 제2 시청자(3430)가 장치(3410)를 보고 있는 한 위치에 있을 수 있다. 이 예에서, 장치(3410)에 위치해 있을 수 있는 CCD 카메라는 시청자(3420 및 3430)의 눈 위치를 찾아낼 수 있다. 도 34의 예를 계속하면, 제어기는 이어서 특정의 방향에서 제1 시청자(3420)의 좌안 및 제2 시청자(3430)의 좌안 쪽으로 광학 밸브를 통해 좌안 뷰를 제공하기 위해 장치(3410) 내의 조명 LED를 제어할 수 있다. 그에 부가하여, 우안 뷰는 다른 특정의 방향에서 제1 시청자(3420)의 우안 및 제2 시청자(3430)의 우안 쪽으로 광학 밸브를 통해 제공될 수 있다. 단지 2명의 시청자가 도 34에 포함되어 있지만, 더 많은 시청자가 장치(3410)를 볼 수 있고, 2명의 시청자는 제한을 위한 것이 아니라 단지 논의를 위해 사용되었다.34 is a schematic diagram showing how multi-viewer stereoscopic viewing can be provided using a detector to locate the eye and thereby substantially synchronize the illumination LEDs for the left eye and right eye views. Figure 34 includes a
기술된 시스템 실시예가 핸드헬드 모바일 플랫폼을 가정하고 있지만, 이러한 예가 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 이 제어된 조명 방식은 랩톱, 텔레비전 응용 등을 비롯한 소형 및 대형 LCD 플랫폼 둘 다에 적용될 수 있다.While the described system embodiment assumes a handheld mobile platform, these examples should not be considered limiting. This controlled illumination scheme can be applied to both small and large LCD platforms, including laptops, television applications, and the like.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로" 및 "대략적으로"라는 용어는 그의 대응하는 용어 및/또는 항목들 간의 상대성에 대한 업계에서 수용된 허용오차를 제공한다. 이러한 업계에서 수용된 허용오차는 1 퍼센트 내지 10 퍼센트 미만의 범위에 있고, 성분값, 각도(이들로 제한되지 않음) 등에 대응한다. 항목들 간의 이러한 상대성은 1 퍼센트 내지 10 퍼센트 미만의 범위에 있다.As used herein, the terms "substantially" and "roughly" provide industry accepted tolerances for the relativeness between their corresponding terms and / or items. Acceptable tolerances in this industry are in the range of 1 percent to less than 10 percent and correspond to component values, angles, such as, but not limited to. This relativeness between items is in the range of 1 percent to less than 10 percent.
본 명세서에 개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 이상에서 기술되었지만, 이들이 제한이 아니라 단지 예시로서 제공된 것임을 잘 알 것이다. 따라서, 실시예(들)의 폭 및 범위가 상기한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안되고, 임의의 청구항 및 본 개시 내용으로부터 나오는 그의 등가물에 따라서만 한정되어야 한다. 게다가, 상기 이점 및 특징이 기술된 실시예에서 제공되지만, 이러한 개시된 청구항의 응용을 상기 이점들 중 일부 또는 전부를 달성하는 프로세스 및 구조물로 제한하지 않는다.While various embodiments in accordance with the principles set forth herein have been described above, it will be appreciated that they are provided by way of example only, and not limitation. Accordingly, the breadth and scope of the embodiment (s) should not be limited by the above exemplary embodiments, but should be limited only by the claims and their equivalents from this disclosure. In addition, while the advantages and features are provided in the described embodiments, the application of the disclosed claims is not limited to the processes and structures achieving some or all of the advantages.
그에 부가하여, 37 CFR 1.77 하에서의 제안에 부합하기 위해 또는 다른 방식으로 구성의 단서를 제공하기 위해 섹션 제목이 제공되어 있다. 이들 제목은 본 개시 내용으로부터 나올 수 있는 임의의 청구항에 기재된 본 발명(들)을 제한하거나 특징지우지 않는다. 구체적으로는 및 예로서, 제목이 "기술 분야"라고 되어 있지만, 소위 분야를 기술하기 위해 청구항이 이 제목 하에서 선택된 문구에 의해 제한되어서는 안된다. 게다가, "배경 기술"에서의 기술에 대한 설명이 특정의 기술이 본 개시 내용에서의 임의의 실시예(들)에 대한 종래 기술이라고 인정하는 것으로서 해석되어서는 안된다. "발명의 내용"이 개시된 청구항에 기재된 실시예(들)의 특성을 나타낸 것으로 간주되어서는 안된다. 게다가, 본 개시 내용에서 "발명"을 단수로 말하고 있는 것이 본 개시 내용에 신규성을 갖는 측면이 하나 밖에 없다는 것을 말하는 것으로 사용되어서는 안된다. 다수의 실시예가 본 개시 내용으로부터 나오는 다수의 청구항의 제한에 따라 기재되어 있을 수 있고, 이러한 청구항은 그에 따라 청구항에 의해 보호되는 실시예(들) 및 그의 등가물을 한정한다. 모든 경우에, 이러한 청구항의 범위는 본 개시 내용을 바탕으로 그 자체만으로 고려되어야 하지만, 본 명세서에 기재된 제목에 의해 제약되어서는 안된다.
In addition, section titles are provided to comply with the proposal under 37 CFR 1.77 or otherwise provide clues to the composition. These headings do not limit or characterize the invention (s) set forth in any claim that may come from this disclosure. Specifically, and by way of example, the title is referred to as "technical field ", but claims should not be limited by the phrase selected under this heading to describe so-called fields. In addition, the description of a technique in the "background art" should not be construed as an admission that a particular technique is prior art to any embodiment (s) in the present disclosure. "Content of the Invention" should not be construed as indicative of the nature of the embodiment (s) set forth in the claims set forth. In addition, the singular form "invention" in this disclosure should not be used to say that there is only one aspect of novelty in the present disclosure. A number of embodiments may be described in accordance with the limitations of the various claims from the disclosure, which limit the embodiment (s) and equivalents thereof protected by the claims accordingly. In all cases, the scope of such claims should be considered on their own based on this disclosure, but should not be construed to be limited by the subject matter described herein.
Claims (91)
광 밸브;
상기 광 밸브로 광을 제공하도록 구성된 복수의 조명 요소;
상기 광 밸브에 의해 조명되도록 배열된 투과형 공간 광 변조기(transmissive spatial light modulator); 및
상기 조명 요소를 제어하기 위한 조명기 제어기를 포함하고,
상기 광 밸브는,
광이 상기 광 밸브로 들어가며 제1 방향으로 전파할 수 있는 제1 단부;
상기 제1 방향으로 전파하는 광을 재지향시켜 다시 상기 제1 단부를 향해 제2 방향으로 전파하도록 배열된 반사 표면인 제2 단부 - 상기 제2 단부는 오목형 곡면 반사 표면 또는 오목형 곡면 반사 표면의 프레넬(Fresnel) 등가물임 - ;
상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 연장하며, 평면인 제1 광 안내 표면; 및
상기 제1 광 안내 표면에 대향하여 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 연장하는 제2 광 안내 표면으로서, 가늘고 긴(elongated) 방향을 따라 곡면이며 경사진 단면 프로파일을 갖는 복수의 가늘고 긴 추출 특징부 및 복수의 안내 특징부를 더 포함하고, 상기 추출 특징부 및 상기 안내 특징부는 각각 서로 교대로 연결되어 있고, 또한 상기 복수의 추출 특징부는 광이 상기 제1 방향으로 전파하고 있을 때 상기 광이 손실없이 통과할 수 있게 해주고, 또한 상기 추출 특징부의 상기 경사진 단면 프로파일은, 광이 상기 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 상기 광이 반사되어 시청 평면(viewing plane)을 향해 상기 제1 광 안내 표면을 통해 상기 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해주고, 또한 상기 추출 특징부가 가늘고 긴 방향을 따른 상기 추출 특징부의 곡률은 상기 복수의 조명 요소로부터의 광이 포커싱되게 함으로써, 상기 경사진 단면 프로파일과 상기 추출 특징부의 곡률 및 반사 단부의 곡률이 협력하여 포커싱된 광을 상기 시청 평면 내의 각각의 시청 창으로 지향시키는 것인, 상기 제2 광 안내 표면을 포함하고,
상기 광학 디스플레이는 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)이며, 상기 조명기 제어기는, 제1 조명 단계(illumination phase)에서 광을 제공하기 위해 제1 시청 창에 대응하는 제1 조명 요소 세트를 제어하고, 제2 조명 단계에서 광을 제공하기 위해 제2 시청 창에 대응하는 제2 조명 요소 세트를 제어하도록 배열되고, 상기 제1 조명 단계는 디스플레이 상의 좌안 영상에 대응하고, 상기 제2 조명 단계는 상기 디스플레이 상의 우안 영상에 대응하는 것인, 광학 디스플레이. In an optical display,
Light valve;
A plurality of illumination elements configured to provide light to the light valve;
A transmissive spatial light modulator arranged to be illuminated by the light valve; And
And a fixture controller for controlling the lighting element,
Wherein the light valve comprises:
A first end through which light enters the light valve and can propagate in a first direction;
A second end that is a reflective surface arranged to redirect light propagating in the first direction and propagate back toward the first end in a second direction, the second end having a concave curved reflective surface or a concave curved reflective surface Fresnel equivalent;
A first light guiding surface that extends between the first end and the second end and is planar; And
A second light guiding surface extending between the first end and the second end opposite the first light guiding surface, the second light guiding surface comprising a plurality of elongated extrusions having a curved and inclined cross-sectional profile along an elongated direction, Wherein the extracting feature and the guiding feature are alternately connected to each other and the plurality of extracting features are arranged such that when the light is propagating in the first direction, And wherein the tilted cross-sectional profile of the extraction feature is configured such that when the light is propagating in the second direction, the light is reflected and directed toward the viewing plane through the first light guide And the curvature of the extraction feature along the elongated direction of the extraction feature is greater than the curvature of the extraction feature Wherein the tilted cross-sectional profile and the curvature of the curvature of the extraction feature and the curvature of the reflective end cooperate to direct the focused light to respective viewing windows in the viewing plane by causing the light from the lighting elements to be focused. Comprising a light guiding surface,
Wherein the optical display is an observer tracking autostereoscopic display and the illuminator controller includes a first set of lighting elements corresponding to a first viewing window to provide light in a first illumination phase, And to control a second set of lighting elements corresponding to a second viewing window to provide light in a second lighting stage, the first lighting stage corresponding to a left eye image on a display, and the second lighting stage Corresponds to a right-eye image on the display.
광을 안내하기 위한 광 밸브;
제1 방향으로 상기 광 밸브로 광을 입력하도록 구성된 조명 요소의 어레이;
상기 광 밸브를 빠져나가는 광에 의해 조명되도록 배열된 투과형 공간 광 변조기; 및
어느 조명 요소가 조명되는지를 제어하도록 배열된 조명기 제어기를 포함하고,
상기 광 밸브는,
제1 광 안내 표면;
상기 제1 광 안내 표면에 대향하는 제2 광 안내 표면; 및
상기 제1 방향으로 전파하는 광을 다시 광 밸브를 통해 제2 방향으로 재지향시키도록 배열된 반사 단부 - 상기 반사 단부는 오목형 곡면 반사 표면 또는 오목형 곡면 반사 표면의 프레넬 등가물임 - 를 포함하고,
상기 제2 광 안내 표면은, 가늘고 긴 방향을 따라 곡면이며 경사진 단면 프로파일을 갖는 복수의 가늘고 긴 추출 특징부 및 복수의 안내 특징부를 포함하고, 상기 추출 특징부 및 상기 안내 특징부는 각각 서로 교대로 연결되어 있고, 상기 복수의 추출 특징부는 광이 상기 제1 방향으로 전파하고 있을 때 상기 광이 손실없이 통과할 수 있게 해주고, 또한 상기 추출 특징부의 상기 경사진 단면 프로파일은, 광이 상기 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 상기 광이 반사되어 시청 평면을 향해 상기 제1 광 안내 표면을 통해 상기 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해주고, 상기 추출 특징부가 가늘고 긴 방향을 따른 상기 추출 특징부의 곡률은 상기 조명 요소로부터의 광이 포커싱되게 함으로써, 상기 경사진 단면 프로파일과 상기 추출 특징부의 곡률 및 상기 반사 단부의 곡률이 협력하여 포커싱된 광을 상기 시청 평면 내의 각각의 시청 창으로 지향시키는 것이고,
상기 방향성 디스플레이는 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)이며, 상기 조명기 제어기는, 제1 조명 단계(illumination phase)에서 광을 제공하기 위해 제1 시청 창에 대응하는 제1 조명 요소 세트를 제어하고, 제2 조명 단계에서 광을 제공하기 위해 제2 시청 창에 대응하는 제2 조명 요소 세트를 제어하도록 배열되고, 상기 제1 조명 단계는 디스플레이 상의 좌안 영상에 대응하고, 상기 제2 조명 단계는 상기 디스플레이 상의 우안 영상에 대응하는 것인, 방향성 디스플레이.
In a directional display,
A light valve for guiding light;
An array of illumination elements configured to input light into the light valve in a first direction;
A transmissive spatial light modulator arranged to be illuminated by light exiting the light valve; And
A fixture controller arranged to control which illumination element is illuminated,
Wherein the light valve comprises:
A first light guiding surface;
A second light guide surface facing the first light guide surface; And
A reflective end arranged to redirect light propagating in the first direction through the light valve in a second direction, the reflective end being a Fresnel equivalent of a concave curved reflective surface or a concave curved reflective surface; ,
Wherein the second light guiding surface comprises a plurality of elongated extraction features and a plurality of guiding features having a curved and inclined cross-sectional profile along the elongated direction and the guiding feature and the guiding feature alternately And wherein the plurality of extraction features allow the light to pass through without loss when the light is propagating in the first direction, and wherein the tilted cross-sectional profile of the extraction feature is such that light is transmitted through the second direction So that the light can be reflected and exit the light valve through the first light guiding surface towards the viewing plane, and wherein the curvature of the extraction feature along the elongated direction is greater than the curvature of the extraction feature By allowing light from the element to be focused, the curvature of the tilted cross-sectional profile and the extraction feature, Will of which the curvature is oriented to cooperate with the focused light in each viewing window in the viewing plane,
Wherein the directional display is an observer tracking autostereoscopic display and the fixture controller includes a first set of lighting elements corresponding to a first viewing window to provide light in a first illumination phase And to control a second set of lighting elements corresponding to a second viewing window to provide light in a second lighting stage, the first lighting stage corresponding to a left eye image on a display, and the second lighting stage Corresponds to the right eye image on the display.
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